水力掏槽快速消突技术研究

论文摘要

煤炭作为目前中国能源结构的重要组成部分,在国民经济生产中发挥着重要作用。在煤矿生产中,随着煤巷的掘进,会发生煤与瓦斯突出伤亡的恶性事故。煤与瓦斯突出防治是世界性难题,无保护层开采的严重突出煤层快速掘进防突是目前和今后较长一段时期的防治重点,探索解决严重突出煤层快速掘进防突技术,以此来改变采掘紧张的局面。常规突出煤巷掘进通过施工钻孔防突措施,如钻孔卸压排放、钻孔瓦斯抽放、钻孔低压注水湿润煤体、钻孔中高压注水、钻孔水力疏松以及钻孔煤体加固等,但这些措施具有施工重复率高、防突效果检验指标超标率高、低指标突出等局限性、片面性,效果不理想,突出仍时有发生。在这样的技术背景下,本文提出了水力掏槽快速消突技术。首先介绍了水射流的发展现状,分析了水射流的特性,回顾了水射流破岩理论,确定了以库仑破坏准则为主的煤岩体破坏准则,并研究分析了影响水射流破落煤效率的因素,在此基础上研究了水力掏槽快速消突机理;结合ANSYS数值模拟软件,在微观尺度上对煤体的应力、应变和位移变化情况进行了模拟分析,对措施的消突机理进行了补充、验证;最后介绍水力掏槽工艺,并在焦作试验区进行了实施,从煤体位移量、瓦斯流量、瓦斯涌出量等方面进行了效果考察、分析,考察结果显示防突效果显著。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 以煤炭为主的能源结构
• 1.1.2 煤与瓦斯突出矿井生产安全
• 1.1.3 突出煤层安全掘进亟待解决
• 1.2 国内外煤与瓦斯突出研究概况
• 1.2.1 煤与瓦斯突出概况
• 1.2.2 防突措施研究
• 1.2.3 水力化措施消突研究概况
• 1.3 水力掏槽措施研究及意义
• 1.3.1 钻孔防突措施的特点
• 1.3.2 水力掏槽措施
• 1.4 论文主要研究内容和研究方法
• 1.5 创新点
• 2 水力掏槽消突理论及技术
• 2.1 水射流
• 2.1.1 水射流分类
• 2.1.2 水射流几何结构特性
• 2.1.3 水射流沿程压力分布
• 2.1.4 水射流冲击力与目标体表面压力分布
• 2.2 水力掏槽煤体
• 2.2.1 水力掏槽煤体渗透特性
• 2.2.2 水力掏槽煤体解吸特性
• 2.2.3 水力掏槽煤体强度特性
• 2.3 水射流破煤岩理论及方式
• 2.3.1 水射流破碎岩石理论的发展
• 2.3.2 水射流破碎非均质煤岩机理及破坏准则
• 2.3.3 掏槽水射流破落煤方式
• 2.4 掏槽水射流破落煤的效率分析
• 2.4.1 煤（岩）力学性质
• 2.4.2 水射流动力学特征
• 2.4.3 水力掏槽操作工艺与管理因素
• 2.4.4 影响因素的层次分析
• 2.5 水力掏槽安全快速掘进理论与技术
• 2.5.1 水力掏槽安全快速掘进理论
• 2.5.2 水力掏槽技术
• 2.6 小结
• 3 水力掏槽消突过程数值模拟
• 3.1 软件介绍
• 3.2 建立模型
• 3.2.1 建立模型
• 3.2.2 加载载荷与边界条件
• 3.3 模拟结果与分析
• 3.3.1 应力云图
• 3.3.2 应变云图
• 3.4 小结
• 4 水力掏槽现场试验与消突效果分析
• 4.1 试验区介绍
• 4.2 水力掏槽施工过程及水枪布置、槽硐形状
• 4.2.1 水力掏槽施工过程
• 4.2.2 槽硐成型及过程
• 4.3 措施消突结果分析
• 4.3.1 煤体位移量分析
• 4.3.2 槽硐影响半径分析
• 4.3.3 瓦斯涌出规律分析
• 4.3.4 水力掏槽效果检验
• 4.3.5 水力掏槽效果特征
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 学位论文数据集