张集煤矿底板穿层钻孔瓦斯抽采技术研究

论文摘要

底板穿层钻孔预抽瓦斯是解决煤矿瓦斯的一种重要途径。本文针对张集煤矿13-1煤层进行预抽瓦斯,从理论上分析了穿层钻孔预抽瓦斯机理,测试了13-1原始煤层的瓦斯基础参数。建立了穿层钻孔布置模型,通过COMSOL Multiphysics模拟软件对底板穿层抽采瓦斯钻孔合理间距的数值模拟,得到了两个单孔相距5m时,钻孔之间的抽放范围刚好出现“相切”状态,孔距最为合理。采用瓦斯流量法研究了抽采预抽期内预抽率>30%的抽采半径,并通过压力法对现场实测,得出有效抽采半径。理论和实际结合,采用钻孔布置方式为5m×10m网格化进行对张集煤矿底板穿层钻孔布置进行优化。有效解决了煤巷掘进喷孔、顶钻、瓦斯超限等问题。充分说明了抽采半径及钻孔间距布置的合理性。对抽采后的煤层取样,工业分析了煤体的突出指标参数,均不超过防突规定临界值,证明了区域性预抽瓦斯防突措施的有效性,从而顺利地掩护煤巷掘进,保证煤矿安全生产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势分析
• 1.3 底板穿层钻孔瓦斯抽采存在的问题
• 1.4 本文研究的目的及意义
• 1.5 研究的主要内容
• 1.6 研究方法及技术路线
• 2 穿层钻孔区域预抽瓦斯消突机理
• 2.1 穿层钻孔抽采瓦斯概述
• 2.2 煤体中瓦斯的赋存及渗透性
• 2.2.1 煤体中瓦斯的赋存状态
• 2.2.2 煤体瓦斯的渗透性
• 2.3 钻孔周围煤体应力分布与渗透性变化关系
• 2.4 钻孔瓦斯抽放对煤层相关参数影响
• 2.4.1 煤层瓦斯含量和压力的变化影响
• 2.4.2 煤层透气性的变化
• 2.5 原始煤层钻孔抽采半径机理
• 2.5.1 压力法确定钻孔抽采半径机理
• 2.5.2 抽采瓦斯流量确定有效抽采半径机理
• 2.5.3 示踪气体法确定钻孔抽采半径机理
• 2.6 底板穿层钻孔理论上优化布置
• 2.7 本章小结
• 3 穿层钻孔瓦斯流动机理
• 3.1 多孔介质和流体的性质
• 3.1.1 多孔介质
• 3.1.2 流体的黏度和黏带力
• 3.2 煤层瓦斯流动的基本方程
• 3.2.1 煤层瓦斯流体的连续性方程
• 3.2.2 煤层瓦斯运动方程
• 3.2.3 煤层瓦斯状态方程
• 3.3 本章小结
• 4 底板穿层钻孔合理间距的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 软件的介绍
• 4.3 模型的建立
• 4.4 模拟的结果
• 4.5 本章小结
• 5 张集煤矿底板穿层钻孔瓦斯抽采掩护煤巷掘进
• 5.1 张集煤矿简述
• 5.1.1 张集煤矿13-1煤层概况
• 5.1.2 张集煤矿试验区概况
• 5.2 底板穿层钻孔预抽瓦斯消突范围
• 5.3 底板穿层钻孔优化实施
• 5.3.1 原始煤层瓦斯抽采半径测试
• 5.3.2 13-1煤层钻孔排放半径测试
• 5.3.3 底板穿层钻孔间距合理确定
• 5.3.4 底板穿层钻孔施工优化布置
• 5.4 底板穿层钻孔瓦斯抽采工艺
• 5.4.1 瓦斯抽放管路及附属装置
• 5.4.2 钻孔抽放的时间控制
• 5.5 本章小结
• 6 底板穿层钻孔瓦斯抽采效果考察
• 6.1 检验孔的布置及考察
• 6.1.1 检验孔的布置
• 6.1.2 检验孔的考察
• 6.2 底板穿层钻孔瓦斯抽采量考察
• 6.3 瓦斯抽放率分析
• 6.3.1 瓦斯储量计算
• 6.3.2 穿层钻孔区域预抽瓦斯抽采率
• 6.4 穿层钻孔区域预抽消突措施效果检验
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果