顺层倾向长钻孔区域性瓦斯预抽技术研究

论文摘要

在煤矿瓦斯抽放方法中，顺层倾向长钻孔不仅可以提高钻孔的抽放量和抽放效率，而且降低了抽放成本，是抽放技术的发展方向，但顺煤层长钻孔施工困难，目前还不能很好的利用其来解决煤矿瓦斯问题，所以解决顺层倾向长钻孔的施工问题成为急需解决的重大技术难题。本论文通过分析我国瓦斯抽放和长钻孔发展现状，得出传统的瓦斯抽放方法主要以经验为主，钻孔深度和钻孔间距没有合理的依据，孔深和间距或大或小，造成空白带和重复交叉，抽放率低，成本高，抽放效果不好，同时制约了安全生产。论文结合五虎山煤矿1201工作面实际条件，首先提出了适合五虎山煤矿1201工作面的钻孔布置方法为顺层倾向钻孔布置，同时以煤层瓦斯赋存状态、煤的瓦斯含量、瓦斯在煤中的扩散运动和渗透运动为基础，利用井下瓦斯解吸法分析确定1201工作面煤层瓦斯含量，并建立了百米钻孔瓦斯涌出方程，根据测定的瓦斯涌出量计算出瓦斯衰减系数。其次通过1201工作面瓦斯涌出量的预测，说明了瓦斯抽放的必要性和可行性，同时根据分析计算确定了适合1201工作面回风顺槽钻孔抽放时间、钻孔直径、钻孔倾角和抽放负压，为合理布置钻孔，提高抽放率奠定了基础。本论文利用极限平衡理论建立极限平衡方程研究回风顺槽煤壁卸压带宽度，确定了合理的钻孔深度；结合现场数据利用相对瓦斯压力法来确定抽放钻孔的瓦斯抽放半径，从而对1201工作面回风顺槽钻孔间距进行了优化，抽放率从17%提高到33%。并且采用ANSYS有限元软件对五虎山煤矿1201工作面回风顺槽瓦斯抽放进行了数值模拟，验证了分析计算的结果。通过优化矿井瓦斯抽放参数、提高煤层的瓦斯抽放率来降低煤层的瓦斯含量、瓦斯压力，从而将瓦斯事故率降到最低限度，保证矿井的安全生产，对指导矿井瓦斯抽放工作具有重大的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 国内外煤矿安全现状
• 1.1.2 国内外煤矿安全现状的分析
• 1.2 我国瓦斯抽放研究现状
• 1.2.1 我国瓦斯抽放现状和抽放中存在的问题
• 1.2.2 我国瓦斯抽放分类
• 1.2.3 制约长钻孔预抽煤层瓦斯技术发展的几个重要原因
• 1.3 研究意义与研究内容
• 1.4 本论文的创新点
• 2 研究方案选择
• 2.1 试验地点
• 2.1.1 五虎山煤矿总体概况
• 2.1.2 1201 工作面概况
• 2.2 抽放方案的研究与比较
• 2.2.1 抽放瓦斯的原则及方法
• 2.2.2 抽放方法选择依据
• 2.2.3 巷道抽放与钻孔抽放的比较
• 2.2.4 1201 工作面抽放方法的确定
• 2.3 本章小结
• 3 煤层瓦斯流动基础
• 3.1 煤层瓦斯的赋存
• 3.1.1 瓦斯在煤体中的存在状态
• 3.1.2 煤的瓦斯含量
• 3.2 瓦斯在煤层中的流动
• 3.2.1 瓦斯流场分类
• 3.2.2 瓦斯在煤层中的运动规律
• 3.3 本章小结
• 4 1201 工作面煤层瓦斯基础参数测定
• 4.1 1201 工作面煤层瓦斯含量的测定
• 4.1.1 解吸瓦斯量测定
• 4.1.2 损失瓦斯量的计算
• 4.1.3 煤中残存瓦斯量的测定
• 4.1.4 煤的瓦斯含量
• 4.1.5 1201 工作面煤层测定瓦斯含量结果
• 4.2 煤层钻孔自然瓦斯涌出量及其衰减系数的测定
• 4.2.1 钻孔瓦斯流量
• 4.2.2 瓦斯衰减系数和初始瓦斯流量的确定
• #煤层透气性系数'>4.3 12^#煤层透气性系数
• 4.4 本章小结
• 5 1201 工作面瓦斯抽放必要性和可行性分析
• 5.1 1201 回采工作面瓦斯涌出量预测
• 5.1.1 1201 回采工作面瓦斯来源分析
• 5.1.2 1201 工作面开采煤层瓦斯涌出量（包括围岩）
• 5.1.3 1201 工作面邻近层瓦斯涌出量
• 5.2 1201 工作面瓦斯抽放的必要性与可行性分析
• 5.2.1 工作面瓦斯抽放必要性
• 5.2.2 1201 工作面瓦斯抽放可行性分析
• 5.3 本章小结
• 6 钻孔布置参数和瓦斯抽放参数分析
• 6.1 钻孔预抽瓦斯有效时间
• 6.2 钻孔直径的确定
• 6.2.1 钻孔直径选择理论依据
• 6.2.2 钻孔直径确定和钻孔机具选择
• 6.3 钻孔长度
• 6.3.1 巷道煤层区域中应力分布状态及其划分
• 6.3.2 极限平衡区中煤层界面的应力分布状态及极限平衡方程的建立
• 6.3.3 钻孔长度的确定
• 6.4 1201 工作面回风顺槽合理抽放钻孔间距的分析
• 6.4.1 确定合理钻孔间距方案的提出
• 6.4.2 测定方案确定
• 6.4.3 相对瓦斯压力指标法测定瓦斯抽放半径的方法和具体步骤
• 6.4.4 瓦斯抽放半径数值的确定
• 6.5 瓦斯抽放钻孔倾角、方位角的选择
• 6.6 钻孔个数的合理选择
• 6.7 抽放负压
• 6.8 瓦斯抽放钻孔优化后瓦斯抽放参数的选择
• 6.9 本章小结
• 7 顺层倾向长钻孔预抽煤层瓦斯钻孔参数数值模拟及抽放效果分析
• 7.1 基本物理假设
• 7.2 数学模型
• 7.2.1 渗流方程
• 7.2.2 煤体变形方程
• 7.3 原理分析
• 7.4 计算模型的建立
• 7.5 模拟结果及分析
• 7.5.1 钻孔间距为 5m 模拟结果
• 7.5.2 钻孔间距为 6m 模拟结果
• 7.5.3 钻孔间距为 7m 模拟结果
• 7.5.4 模拟结果分析
• 7.6 抽放效果分析
• 7.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢