论文部分内容阅读
我国煤层地质条件复杂,赋存情况多变,矿井煤与瓦斯突出危险性较大,一旦发生突出,将给矿井造成巨大人力、物力损失。提高煤层瓦斯抽采效率是防止煤与瓦斯突出的有效手段之一,通过预抽煤层中瓦斯可以有效降低煤层中瓦斯压力,增大煤层透气性。水力冲孔使用高压水射流切割破碎煤体,在煤层内部冲出大直径孔洞,利用煤体自身膨胀变形卸压,从而在一定区域内消除发生突出危险的可能性。本论文采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的研究方法,研究了水力冲孔后冲孔钻孔周围煤体应力分布特征、裂隙发育情况及渗透性的变化规律,并将研究成果运用于张集矿北区6煤的瓦斯治理上,同时该研究成果对于其他有类似瓦斯赋存情况的煤层瓦斯治理也具有重要的指导意义。理论方面,通过分析煤与瓦斯之间耦合关系研究了水力冲孔后破碎煤体中瓦斯流动时渗透性的变化情况。本论文数值模拟主要借助RFPA2D-Flow数值模拟软件,通过模拟最终得出水力冲孔后钻孔周围煤体的应力分布情况,并将其划分为“三带”。在水力冲孔过程中,随着冲孔半径的不断扩大,应力集中峰值不断向煤体深处移动,水力冲孔的有效影响范围也在不断扩大,最终通过模拟结果确定水力冲孔有效影响半径为5m-10m之间。现场试验部分主要是在张集矿北区进行,通过在冲孔钻孔周围布置间距不等的测压孔考察水力冲孔的有效抽采半径,最终确定进行水力冲孔的有效冲孔水压为10MPa-15MPa,水力冲孔的有效影响半径为7.5m~10m之间,与模拟结果基本相一致。综上所述,水力冲孔在对煤层中应力、瓦斯的分布都有很大的影响,在多方面的综合作用下使煤体的突出危险性降低。本文通过理论分析、数值模拟和现场试验证明了水力冲孔措施对于高瓦斯突出煤层消突具有广泛的适用性和有效性。