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掘进工作面大直径顺层长钻孔预抽消突技术研究

作　者: 黄战峰
导　师: 孔留安；魏建平
学　校: 河南理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 煤与瓦斯突出顺层长钻孔瓦斯抽放数值模拟消突效果
分类号: TD713
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 129次
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内容摘要

我国煤矿瓦斯灾害严重,尤其是煤与瓦斯突出,严重威胁矿井安全生产,制约矿井经济效益的提高。为有效防治煤与瓦斯突出,国内外科研工作者进行了大量的研究与实践,先后采取了松动爆破、超前排放钻孔、深孔控制卸压爆破、水力化等多项防突措施,有效地降低了突出强度和突出次数,取得了明显的防突效果。但随着矿井开采深度的加大,煤与瓦斯突出危险性日益增加,以往各项防突措施的局限性日益显著。研究煤巷掘进防突技术和工艺是防突工作的重点,是突出矿井实现高产高效的关键,针对淮南矿区丁集煤层开采深度大、地应力高、煤层透气性差及突出以压出为主的特点,本文提出了掘进工作面大直径顺层长钻孔抽放瓦斯消突措施,快速消除掘进工作面的突出危险性。从理论上分析了大直径顺层长钻孔卸压增透消突的机理,钻孔控制单元煤体膨胀变形率达到保护层开采时的经验临界值1‰~3‰,即达到卸压要求;通过现场实测,得到抽放钻孔抽放时间为8天的有效抽放半径为2.3m,措施控制巷帮最小范围为9.8m,高于《煤矿瓦斯抽采基本指标》的要求;利用RFPA软件对不同钻孔直径和不同钻间距进行数值模拟,得到了打钻后钻孔周围横向、纵向破坏半径随钻孔直径变化的规律分别为: y = 0.6124ln( x) ? 2.5378、y = 0.5178ln( x) ? 2.197,及不同钻孔间距时的钻孔间煤体破坏卸压情况:钻孔间距越远,卸压效果越不理想,这为选择合理钻孔孔径和钻孔间距提供了理论基础;通过对措施后现场效果考察分析,得出了措施后效检超标较措施前大为下降,仅为2%,残存瓦斯含量为1.94~3.78m3/t,平均瓦斯预抽率达到38%以上;钻孔控制单元煤体膨胀变形率为1.1%,使煤体充分卸压。结果表明,措施取得了很好的防突效果,保证了该矿掘进工作安全快速进行,缓解采掘失调局面,实现了安全高效生产。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-20
  1.1 引言  12-13
  1.2 课题综述及国内外研究动态  13-17
    1.2.1 煤与瓦斯突出机理  13-14
    1.2.2 国内外掘进工作面防突措施研究现状  14-15
    1.2.3 掘进工作面大直径顺层长钻孔预抽瓦斯措施  15-17
    1.2.4 存在的问题  17
  1.3 本论文的主要研究内容和研究目标  17-18
    1.3.1 主要研究内容  17-18
    1.3.2 研究目标  18
  1.4 论文的研究特色及技术路线  18-20
    1.4.1 研究特色  18-19
    1.4.2 技术路线  19-20
2 试验矿井及试验区域概况  20-29
  2.1 试验矿井概况  20-23
    2.1.1 矿井概况  20
    2.1.2 矿井边界  20-21
    2.1.3 矿井构造形态  21-23
    2.1.4 煤层地系  23
  2.2 试验区域概况  23-28
    2.2.1 11-2 煤层概况  23-24
    2.2.2 11-2 煤层瓦斯赋存规律  24-26
    2.2.3 11-2 煤层瓦斯动力现象特征及控制因素分析  26-27
    2.2.4 11-2 煤层突出危险性倾向  27-28
  2.3 本章小结  28-29
3 顺层长钻孔抽放瓦斯卸压消突理论分析  29-41
  3.1 引言  29
  3.2 顺层长钻孔抽放瓦斯消突措施设计方案  29-30
  3.3 掘进工作面顺层长钻孔卸压消突的理论分析  30-37
    3.3.1 煤巷掘进工作面周围含瓦斯煤体应力分布及划分  30-31
    3.3.2 煤巷掘进工作面周围含瓦斯煤体安全卸压宽度的确定  31-33
    3.3.3 顺层长钻孔卸压措施的研究  33-34
    3.3.4 瓦斯在煤层中的流动规律  34-37
  3.4 顺层长钻孔抽放煤层瓦斯消突机理分析  37-40
    3.4.1 顺层长钻孔抽放煤层瓦斯对突出煤层有关参数的影响  37-39
    3.4.2 顺层长钻孔预抽煤层瓦斯防突机理  39-40
  3.5 本章小结  40-41
4 顺层长钻孔措施的评价  41-51
  4.1 引言  41
  4.2 突出危险性预测  41-42
    4.2.1 钻孔钻屑量指标（S_(max)）值的测定  41-42
    4.2.2 钻孔瓦斯涌出初速度（q_m）的测定  42
  4.3 顺层长钻孔抽放瓦斯消突措施施工方案的改进  42-45
    4.3.1 “4+1”模式顺层长钻孔设计方案  42-44
    4.3.2 “4+2”模式顺层长钻孔设计方案  44-45
  4.4 顺层长钻孔抽放瓦斯消突措施控制范围的评价  45-48
    4.4.1 钻孔抽放瓦斯有效半径的测定  45-47
    4.4.2 顺层长钻孔消突措施控制范围的评价  47-48
  4.5 补充排放（抽采）钻孔设计  48-50
  4.6 本章小结  50-51
5 顺层长钻孔措施卸压效果数值模拟  51-67
  5.1 引言  51
  5.2 RFPA 软件介绍  51-52
  5.3 RFPA 软件基本原理  52-55
    5.3.1 网格划分  52
    5.3.2 基元赋值  52-54
    5.3.3 应力计算  54
    5.3.4 相变分析  54
    5.3.5 RFPA 程序流程图  54-55
  5.4 顺层长钻孔预抽消突措施数值模拟  55-62
    5.4.1 孔径为133mm 钻孔周围应力场、位移场及破坏情况数值模拟  56-59
    5.4.2 不同孔径条件下的数值模拟  59-62
  5.5 不同钻孔间距煤体卸压情况数值模拟及结果分析  62-65
    5.5.1 钻孔间煤体卸压效果数值模拟的模型设计  62-63
    5.5.2 不同钻孔间距煤体卸压效果数值模拟  63-65
  5.6 本章小结  65-67
6 顺层长钻孔预抽瓦斯措施消突效果考察  67-81
  6.1 引言  67
  6.2 试验工作面概况  67-68
  6.3 顺层长钻孔措施消突效果现场考察  68-75
    6.3.1 效检参数在掘进巷道空间的分布规律  68-74
    6.3.2 效检参数超标点在措施大循环中的分布规律  74-75
  6.4 煤层卸压效果考察  75-76
  6.5 残存瓦斯含量考察  76-77
  6.6 顺层长钻孔预抽消突措施评价方法的确定  77-79
    6.6.1 不可解吸瓦斯含量的确定  77-78
    6.6.2 评价方法和指标的确定  78-79
  6.7 本章小结  79-81
7 结论与展望  81-83
  7.1 主要结论  81-82
  7.2 展望  82-83
参考文献  83-87
作者简历  87-88
学位论文数据集  88

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