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煤层注水防突机理及合理水分研究

作　者: 郭怀广
导　师: 杨宏民；王兆丰
学　校: 河南理工大学
专　业: 矿业工程
关键词: 煤与瓦斯突出煤层注水合理水分评价指标
分类号: TD713
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

煤层注水预防煤和瓦斯突出灾害己经有较长的历史。以往对煤层注水量的确定大都是根据现场经验,很少有进行过理论研究。研究煤层注水的防突机理,分析水分对煤体的物性参数和瓦斯解吸规律的影响,考察煤层注水防突措施合理水分,为煤层注水措施合理注水量的确定提供依据,不仅具有理论意义,而且具有重要的实际应用价值。本文首先进行了煤层注水措施的现场试验和考察,测试工作面迎头注水后,不同水分条件下,钻孔瓦斯涌出初速度q值和钻屑瓦斯解吸指标K₁值的变化情况,得到煤体水分在6%-8%区间时,K₁和q降到了防治煤与瓦斯突出规定要求的临界值以下,达到了防治煤与瓦斯突出的效果。建立了实验室试验水分对煤体物性参数和瓦斯解吸规律的影响研究装置,进行了不同水分条件下煤体渗透率、瓦斯解吸速度和力学性质变化规律的实验,得到了水分和煤体抗压强度R对应关系式R= 5.0538e^-0.1697w,水分和渗透率k对应关系式k = 4.099e^-0.3344w,水分和累积瓦斯解吸量Q的对应关系式Q =8.8368e^-0.0329w。根据注水参数和条件建立数学模型,模拟注水后煤体物性参数以及瓦斯解吸规律的变化情况,结合实验室实验结果,研究煤层注水的防突机理,确定煤层注水措施的合理水分为8%。提出了煤层注水防突效果的综合评价指标ψ,得到了ψ和水分W的对应关系式:ψ= 183.059e^-0.537w,在合理水分条件下ψ为2.5。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 问题的提出  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-17
    1.2.1 煤层注水的国内外研究概况  11-13
    1.2.2 水分对煤体物性参数和瓦斯解吸规律影响国内外研究概况  13-17
  1.3 研究内容和技术路线  17-19
    1.3.1 课题的研究目的和内容  17
    1.3.2 研究技术路线  17-19
  1.4 论文创新点  19-20
2 现场试验研究  20-30
  2.1 、现场试验的目的和内容  20
    2.1.1 试验目的  20
    2.1.2 试验主要内容  20
  2.2 试验地点概况  20-22
    2.2.1 矿井开拓方式  20-21
    2.2.2 开采水平  21
    2.2.3 矿井煤与瓦斯突出防治技术现状  21-22
  2.3 煤层注水措施现场试验  22-26
    2.3.1 煤层注水措施工艺技术  22-23
    2.3.2 参数测试及数据整理分析  23-26
  2.4 煤层注水措施防突效果考察  26-28
    2.4.1 突出预测指标K_1 值变化规律  26-27
    2.4.2 钻孔瓦斯涌出初速度q 值变化规律  27-28
    2.4.3 分析与总结  28
  2.5 本章小结  28-30
3 水分对煤体物性参数和瓦斯解吸规律影响实验室研究  30-46
  3.1 煤样加工及制备方法  30-32
    3.1.1 煤样加工实验装置  30-31
    3.1.2 煤样的采集  31-32
    3.1.3 煤样的制备方法  32
  3.2 水分对煤体力学性质影响实验室研究  32-36
    3.2.1 力学实验测定装置  32-33
    3.2.2 煤的力学性质测试方法  33-34
    3.2.3 数据整理和分析  34-36
  3.3 水分对煤体渗透率影响实验室研究  36-40
    3.3.1 渗透率测定装置  36
    3.3.2 煤的渗透特性测试方法  36-37
    3.3.3 数据整理和分析  37-40
  3.4 水分对煤体瓦斯解吸规律影响实验研究  40-44
    3.4.1 瓦斯解吸规律测定装置  40-41
    3.4.2 测试煤样的制备  41
    3.4.3 瓦斯解吸规律测试方法  41-43
    3.4.4 数据整理和分析  43-44
  3.5 水分对煤体视密度的影响规律研究  44-45
  3.6 本章小结  45-46
4 煤层注水防突机理及合理水分研究  46-66
  4.1 煤层注水措施数值模拟  46-56
    4.1.1 数值模拟软件简介  46-48
    4.1.2 注水煤层数学模型的建立  48-52
    4.1.3 注水后煤弹性模量变化数值模拟结果  52-53
    4.1.4 注水后煤体渗透率变化数值模拟结果  53-54
    4.1.5 注水后煤瓦斯解吸性变化数值模拟结果  54-56
  4.2 煤层注水措施防突机理研究  56-61
    4.2.1 注水对煤体力学性质的影响  56-57
    4.2.2 注水对煤体透气性和瓦斯解吸规律的影响  57
    4.2.3 煤层注水防突效果评价主控因素确定  57-60
    4.2.4 总结  60-61
  4.3 煤层注水防突合理水分的确定  61-62
  4.4 煤层注水防突措施效果评价指标  62-64
    4.4.1 煤层注水防突效果评价指标的提出  62
    4.4.2 水分和防突效果评价指标对应关系  62-63
    4.4.3 合理水分条件下的防突效果评价指标  63-64
  4.5 本章小结  64-66
5 结论和展望  66-68
  5.1 主要结论  66
  5.2 展望  66-68
参考文献  68-72
作者简历  72-73
学位论文数据集  73

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