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高压水射流破煤作用及水力冲孔防突技术研究

王新新

  我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,防治煤与瓦斯突出对于保障煤矿安全高效生产具有十分重要的意义。本文采用理论分析、数值模拟和现场试验考察相结合的方法,系统研究了高压水射流破煤作用理论和水力冲孔防突技术。首先,基于高压水射流破煤作用的理论研究,通过合理的假设和简化,分别构建了高压水射流破煤的力学分析模型和数值计算模型。然后,通过力学分析建立了高压水射流破煤的理论方程组,运用LS-DYNA3D软件模拟和分析了不同水压下高压水射流破煤的主要过程及其特点。最后,研究了以水力冲孔为代表的高压水射流破煤防突技术,完成了高压水射流破煤试验和水力冲孔防突效果的考察试验,优化和完善了水力冲孔防突技术。 高压水射流破煤作用研究表明:高压水射流破碎含瓦斯煤体主要经历了煤体失效破裂阶段和裂隙发育射流侵蚀阶段;构建了力学分析模型,建立了高压水射流破煤的简化常微分方程组;建立了高压水射流破煤的数值计算模型,运用LS-DYNA3D软件模拟了不同水压下高压水射流的破煤过程,得出了高压水射流破煤的主要过程和门限水压;煤体在高压水射流侵蚀下的破坏形式主要有压碎破坏、拉伸破坏和应力波破坏,应力波的传播扩大了高压水射流侵蚀煤体的影响范围;高压水射流的侵蚀深度和水压之间呈现出曲线增长的关系。 在淮南潘三矿完成了高压水射流破煤试验和水力冲孔现场试验,表明高压水泵的出水压力为15~20MPa时才能满足高压水射流的破煤要求;在水力冲孔抽采瓦斯37天后,13-1煤层水力冲孔影响半径达到8.5m,残余瓦斯压力和瓦斯含量分别为1.35MPa、5.98m3/t,煤层瓦斯含量显著降低,水力冲孔防突技术措施获得了良好的消突效果;在水力冲孔之后,煤层瓦斯呈现出区域性的分布规律,冲孔钻孔周围依次存在瓦斯充分排放区、瓦斯排放区、瓦斯压力过渡区和原始瓦斯压力区;水力冲孔防突技术主要经历高压水射流破煤阶段、恢复平衡阶段和瓦斯抽采阶段。……   
[关键词]:煤与瓦斯突出;高压水射流;水力冲孔;数值模拟;破煤机理;消突机理;试验研究;瓦斯抽采
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:安徽理工大学2012年
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