【摘要】：我國地質(zhì)條件復雜,煤礦安全形式嚴峻。在機械化水平提升與開采規(guī)模持續(xù)擴大的過程中,老礦井淺層位置的資源開始枯竭,其開采深度逐步加強,新井則僅能夠向深部拓展,煤層中的壓力及瓦斯含量都不斷加大;開采技術(shù)較以往種類更多,極為復雜,現(xiàn)在發(fā)生突出事故有兩個特點,一是瓦斯煤層,隨采面深度增加,地應力與瓦斯都加強,開始升級到突出煤層,在缺乏足夠防御手段的情況下,極其容易產(chǎn)生事故;二是當前瓦斯與原有煤生成突出煤層,由于相應的防御手段執(zhí)行力度不強或者對于特殊地質(zhì)條件下所采用的手段不合適而引起事故。通過煤體瓦斯?jié)B流方程的歸納總結(jié),在此基礎上提出了高壓水射流作用在煤體之后的瓦斯?jié)B流方程,并對煤體的力學性質(zhì),孔隙結(jié)構(gòu)和瓦斯對煤體的吸附性進行了分析,通過一系列對比試驗可以得出,不同煤層,變質(zhì)程度不同,孔隙度也不相同,在高壓水的作用下,煤層的孔隙結(jié)構(gòu)再次發(fā)育,增加了煤層中氣體流動的路徑,提高了氣體的滲透性;在固定圍壓的情況下,煤體中氣體的滲透率隨著孔隙壓力的變大反映出一個先下降后上升的狀態(tài),在此期間孔隙壓力有一個轉(zhuǎn)折點,瓦斯?jié)B透率曲線在轉(zhuǎn)折點兩邊基本對稱,成“U”字形變化;在孔隙壓力一定時,隨著圍壓的增大,煤層中瓦斯?jié)B透率變小,在模擬水射流作用煤體之后,相比沒有水射流作用下,二者的滲透特性的變化規(guī)律基本相似,只是在作用之后的滲透率數(shù)值上升比較明顯;同時研究了含水率對滲透率的影響,在高壓水的作用下,增加了煤體內(nèi)水分的含量,而水分進入煤體之后,會占據(jù)滲流與運移通道,增加了瓦斯流動的阻力,降低了滲透率,此時,水分對煤體的瓦斯?jié)B流產(chǎn)生了反作用,此為水分對瓦斯?jié)B流產(chǎn)生抑制的一面。但是煤層注入高壓水之后,水的壓力使煤體內(nèi)部的裂隙再次發(fā)育,增加了煤體的透氣性,是瓦斯的滲透率上升,相比煤體的透氣性,水分的影響可以忽略。
【學位授予單位】：華北理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD712
【圖文】：

圖 1 瓦斯突出事故全國分布圖Fig. 1 Provinces distribution of coal mine accidents然而現(xiàn)階段突出事故有兩個特性，一是原有正常煤層，隨著礦井采面的加深，氣體壓力和應力也會增加，逐步就會變?yōu)橛型怀鑫ｋU的煤層，在防突措施不到位時發(fā)生意外；二是原有的煤與瓦斯突出煤層，由于相應的防御手段執(zhí)行力度不強或者對于特殊地質(zhì)條件下所采用的手段不合適而引起事故。尤其是后一種情況，在地應力、采動應力的雙重作用下，礦井出現(xiàn)應力主導型、沖擊地壓誘導型事故的可能性大幅提高，即便瓦斯的含量經(jīng)測量處于安全范圍內(nèi)，也有可能出現(xiàn)嚴重的事故，災害防治工作的重要性日益突出。這種事故的根源有兩點，其一：出現(xiàn)突出的原理比較復雜，一旦出現(xiàn)高應力，現(xiàn)有的技術(shù)無法有效界定形成事故的條件，難以及時地采取有效措施；其二，如果開采部位較深，應力、地溫均比較高，該部位瓦斯的賦存形式和解吸、運移規(guī)律尚未完全了解。很多這樣的深井，盡管瓦斯的濃度比較低，但其形成的壓力卻是比較大的，還有部分深井則存在煤和瓦斯突出的噸煤瓦斯

2.1 水射流結(jié)構(gòu)經(jīng)過短短幾十年的發(fā)展，水射流技術(shù)日趨成熟，在各個行業(yè)領(lǐng)域都有廣發(fā)的應用。但是，對于高壓水是如何把煤巖進行破壞，這個理論沒有形成一個統(tǒng)一的認識。以為到目前為止，沒有了解整個破壞的過程。因為破碎過程作用時間非常短，而在短暫的過程中又涉及到流體、固體、氣體和流固耦合等眾多學科�？紤]到使用高壓水射流達到煤塊破碎目的的機制尚未全面揭示出來，并且這一過程和一系列的因素有關(guān)，因此高壓水射流破碎理論研究的步伐跟不上實踐的發(fā)展，相關(guān)理論和技術(shù)的發(fā)展也因此受限。上世紀以來，Prandtl 課題組全面且深入的探究了射流的構(gòu)造和規(guī)律，并在此基礎上形成一套理論，他們對射流結(jié)構(gòu)的科研成果也得到了后人的贊同；1974年，Yanaida 課題組創(chuàng)新性地通過幾何畫圖表征射流的特點，其后又很多人進過大量的實驗，得到了一個在國際上比較公認的結(jié)構(gòu)圖，如下圖 2 所示[48]。

圖 3 煤中孔隙分布Fig. 3 The pore distribution of coal來看，學者們在研究煤的孔隙結(jié)構(gòu)時，采取的角度終的結(jié)果也是不一致的[65-67]。Girish 課題組以煤的應用化學聯(lián)合會（IUPAC）提出的分類標準受到了在研究時都應用了這一標準[3]�；舳嗵豙68,69]對工藝孔隙分類；秦勇課題組重點探討了高煤級孔隙結(jié)南部煤礦的煤層孔隙結(jié)構(gòu)也進行了研究，撫順煤結(jié)構(gòu)作了很多分析研究。在結(jié)合以前的研究成果，納，見表 2。表 2 煤體孔徑結(jié)構(gòu)劃分方案Table 2 Coal pore diameter structure division scheme微孔（nm） 過渡孔（nm） 中孔（nm）

【參考文獻】

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本文編號：2761793