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上保护层开采条件下瓦斯渗流规律实验研究

作　者: 张少龙
导　师: 李树刚
学　校: 西安科技大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 瓦斯渗流覆岩裂隙物理相似模拟上保护层开采卸压
分类号: TD712.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

保护层开采是防治煤与瓦斯突出的重要方法，其原理是利用矿山压力引起的岩层运动规律，使被保护层产生卸压膨胀变形，释放弹性潜能，增大煤层透气性，从而高效抽采瓦斯。本文运用理论分析、相似材料模拟实验相结合的研究方法，在不同间距、不同采高的条件下，系统地研究了上保护层开采条件下瓦斯渗透性演化规律。通过实验研究得到保护层开采过程中，被保护层随开采程度的不同，发生了不同的卸压效应，使得被保护层发生膨胀变形，其中渗透率发生了规律性的变化。随着工作面推进的不同阶段，被保护层经历了原始应力平衡、应力集中、卸压膨胀、逐渐压实、恢复平衡等5个阶段的变化，使得其渗透率也经历了由原始渗透性、减渗减流、卸压充分高透高流、地压恢复减透减流、渗透性恢复平衡等5个阶段组成的变化过程，使气体在煤层中的渗流速度也同样出现了先降低后升高再降低最后保持不变的过程。通过对实验数据整理并拟合曲线，当上保护层开采完毕后，被保护层沿走向方向其渗透率变化曲线呈马鞍形。且其渗透性变化程度随着保护层与被保护层间距变大而减弱，从而进一步说明了保护层与被保护层间距越近卸压效果越明显。为优化卸压瓦斯抽采系统布置，提高卸压瓦斯抽采浓度、抽采量及抽采率提供一定理论依据。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
1 绪论  8-17
  1.1 研究背景及意义  8-10
    1.1.1 研究背景  8-9
    1.1.2 研究意义  9-10
  1.2 国内外研究现状及存在问题  10-14
    1.2.1 保护层开采理论研究现状  10-11
    1.2.2 采动覆岩移动裂隙演化规律的研究现状  11
    1.2.3 煤层瓦斯渗流规律的研究现状  11-12
    1.2.4 物理相似模拟实验研究现状  12-13
    1.2.5 卸压瓦斯抽采技术研究现状  13-14
    1.2.6 存在问题  14
  1.3 研究内容及研究目标  14-15
    1.3.1 研究内容  14-15
    1.3.2 研究目标  15
  1.4 研究方案及技术路线  15-17
    1.4.1 研究方案  15
    1.4.2 技术路线  15-17
2 上保护层开采顶底板移动变形及卸压瓦斯渗流规律  17-26
  2.1 岩层控制的关键层理论基础  17-18
    2.1.1 关键层及其特征  17
    2.1.2 关键层破断对岩层移动的影响  17-18
  2.2 采动影响下上覆岩层裂隙演化规律  18-20
    2.2.1 采场覆岩移动破坏的分带  18
    2.2.2 覆岩采动离层裂隙演化规律  18-20
  2.3 保护层开采底板岩体应力分布与位移移动规律  20-21
    2.3.1 保护层开采下底板岩体应力分布规律  20
    2.3.2 保护层开采下底板岩体位移变化规律  20-21
  2.4 保护层开采卸压瓦斯渗流规律  21-25
    2.4.1 煤层瓦斯流动的基本参数  21-22
    2.4.2 煤层瓦斯的流动规律  22-24
    2.4.3 卸压瓦斯流动理论  24-25
  2.5 本章小结  25-26
3 保护层开采相似材料模拟及实验台研发  26-34
  3.1 相似理论及相似准则推导  26-28
    3.1.1 理论基础  26-27
    3.1.2 相似准则的推导  27-28
  3.2 材料选择及试件渗透性测试分析  28-30
    3.2.1 相似材料的选择  28
    3.2.2 试件渗透特性及测试结果分析  28-30
  3.3 相似模拟实验台研发  30-32
    3.3.1 上保护层开采卸压效应及瓦斯渗流特性实验台研发  30-32
    3.3.2 渗透率测试系统  32
  3.4 本章小结  32-34
4 不同间距上保护层开采卸压效应及瓦斯渗流规律研究  34-61
  4.1 实验条件  34-37
    4.1.1 实验原型  34
    4.1.2 相似常数的确定  34-37
  4.2 保护层与被保护层间距 7m 时的实验分析  37-44
    4.2.1 实验现象  37-38
    4.2.2 被保护层渗透性随工作面推进距离的变化规律  38-44
  4.3 保护层与被保护层间距 14m 时的实验分析  44-51
    4.3.1 实验现象  44-46
    4.3.2 被保护层渗透性随工作面推进距离的变化规律  46-51
  4.4 保护层与被保护层间距 21m 时的实验分析  51-58
    4.4.1 实验现象  51-53
    4.4.2 被保护层渗透性随工作面推进距离的变化规律  53-58
  4.5 不同间距下被保护层沿走向渗透率变化规律分析  58-60
  4.6 本章小结  60-61
5 不同采高上保护层开采卸压效应及瓦斯渗流规律研究  61-72
  5.1 保护层采高为 4m 时的实验分析  61-65
    5.1.1 实验现象  61-62
    5.1.2 被保护层渗透性随工作面推进距离的变化规律  62-65
  5.2 保护层采高为 3m 时的实验分析  65-70
    5.2.1 实验现象  65-67
    5.2.2 被保护层渗透性随工作面推进距离的变化规律  67-70
  5.3 不同采高下被保护层沿走向渗透率变化规律分析  70-71
  5.4 本章小结  71-72
6 结论  72-73
  6.1 主要结论  72
  6.2 研究展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-81
附录  81

上保护层开采条件下瓦斯渗流规律实验研究

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