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义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究

李波

   本文针对煤厚变化大、煤体松软,透气性差且无保护层开采的煤层条件,以新安煤田义安煤矿为试验矿井,采用理论分析、现场试验考察和数值模拟等方法,开展水力冲孔卸压区域防突关键技术研究,最终达到提高抽采量、减少措施工程量、缩短措施时间和实现安全快速消除工作面突出危险的目的。水力冲孔就是在突出危险煤层中利用岩石作为安全屏障,在底板巷利用高压水射流,冲出大量煤炭和排除一定数量的瓦斯,使得煤体释放瓦斯潜能;再将钻孔闭合预抽煤层瓦斯,进一步降低煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量,同时可以引起煤层的收缩变形、地应力下降、煤层透气性增高等变化、达到消弱直到消除突出危险的目的。为了考察水力冲孔措施的消突效果,并确定合理的有效影响半径。本文主要研究内容为:①运用损伤破坏理论将水力冲孔破煤过程划分成三个时期:裂缝产生、水楔作用、煤体破碎作用。同时分析了在不同时期内,适合哪一种煤岩强度准则。②通过在义安矿现场考察试验了水力冲孔防突措施,通过改变冲孔水压、喷嘴型号等冲孔设备,利用流量法和压力法考察出冲孔有效影响半径在6.5~8m之间。③结合RFPA数值模拟软件对在垂压一定的情况下,卸压范围内冲孔孔洞的大小与卸压范围的关系,及孔洞周围煤体应力变化、煤体位移变化、瓦斯流量变化和瓦斯压力梯度的变化规律,同时模拟了两个不同孔径的孔洞的卸压范围的变化情况。④在实施完水力冲孔措施后,在底板巷合适的位置布置钻孔,测残余瓦斯含量和瓦斯压力,测的结果为煤层瓦斯压力均0MPa,煤层瓦斯含量在3.6m3/t,与没有采取水力冲孔措施前的煤层瓦斯含量9.4m3/t和瓦斯压力0.88MPa相比,都下降到临界值以下。从而对于义安矿这种三软低透气性严重突出煤层,利用卸压增透强化抽放措施来减弱或消除工作面的突出危险性,是非常有效的。……   
[关键词]:水力冲孔;高压水射流;底板巷;数值模拟;消突机理
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:河南理工大学2010年