發(fā)布時(shí)間：2017-11-25 23:09

  本文關(guān)鍵詞：石門揭煤防突效果快速檢驗(yàn)的原理及方法研究

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【摘要】：煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)中危害最大的災(zāi)害事故。隨著煤礦開采逐漸向深部延伸,深部礦井在揭煤過程發(fā)生突出的危險(xiǎn)性越來越大,進(jìn)行深井揭煤工作時(shí),突出事故時(shí)有發(fā)生。究其原因,與防突效果的準(zhǔn)確檢驗(yàn)這一環(huán)節(jié)的缺失不無關(guān)系。防突效果的檢驗(yàn)實(shí)際上就是在揭開煤層之前對工作面前方煤層進(jìn)行最后一次突出預(yù)測,根據(jù)預(yù)測結(jié)果決定能否直接揭開煤層。因此,這種檢驗(yàn)和判斷是保證揭煤安全必不可少的重要手段。由于石門揭煤工作面采取防突措施后,工作面打滿鉆孔如馬蜂窩一樣,很多地方的防突效果檢驗(yàn)實(shí)際上就是采用原先突出預(yù)測的指標(biāo)對工作面前方的煤層再作一次同樣的預(yù)測,這些均存在一定的不足。如地層被破壞,殘余瓦斯壓力難以準(zhǔn)確測定;預(yù)測時(shí)間長,操作復(fù)雜;一些預(yù)測指標(biāo)的臨界值為經(jīng)驗(yàn)值,普適性較差;采用靜態(tài)預(yù)測法,覆蓋范圍較小等。因此研究一種快速而準(zhǔn)確的防突效果快速檢驗(yàn)方法是非常有必要的。根據(jù)石門揭煤工作面采取防突措施前后煤層變化的特點(diǎn),本文提出了一種新的適合快速檢驗(yàn)煤層防突效果的方法。通過理論分析,得到連續(xù)鉆進(jìn)初始瓦斯流量法檢驗(yàn)石門揭煤防突效果的理論基礎(chǔ);然后采用COMSOL Multiphysics軟件模擬不同條件下的連續(xù)鉆進(jìn)過程瓦斯涌出特性;采集有代表性的煤樣進(jìn)行100次鉆孔初始瓦斯流量測定試驗(yàn),得到每一個(gè)煤樣的連續(xù)鉆進(jìn)初始瓦斯涌出量與瓦斯壓力的關(guān)系,根據(jù)瓦斯壓力與初始釋放瓦斯膨脹能的關(guān)系,獲得鉆孔初始瓦斯涌出量的突出臨界值。具體結(jié)論如下:(1)分析打鉆過程中煤體瓦斯的流動(dòng)模型,得到向鉆孔涌出的三部分瓦斯的滲流方程和解析解,采用COMSOL Multiphysics軟件模擬不同條件下的連續(xù)鉆進(jìn)瓦斯涌出特性。(2)研制一套連續(xù)鉆進(jìn)初始瓦斯流量測定試驗(yàn)平臺(tái),能夠?qū)崿F(xiàn)在向煤層打鉆的同時(shí)連續(xù)測定鉆進(jìn)過程中涌出的瓦斯流量及其分布。從西北、西南、東北、中東部的主要產(chǎn)煤省份采集11個(gè)不同變質(zhì)程度的煤樣,進(jìn)行了100次鉆孔初始瓦斯流量測定試驗(yàn),獲得了不同煤階在不同氣體壓力下的連續(xù)鉆進(jìn)初始瓦斯流量及其分布。(3)對鉆孔涌出的初始瓦斯流量分布曲線進(jìn)行圖譜分析,發(fā)現(xiàn)無論是長焰煤、氣煤、焦煤還是無煙煤,鉆孔初始瓦斯流量分布均能表征煤層的不同突出危險(xiǎn)程度。(4)噴孔是一種瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象,屬于一種小型突出。試驗(yàn)過程中成功檢驗(yàn)到噴孔時(shí)的鉆孔初始瓦斯流量分布曲線,河南薛湖煤樣在充入0.944MPa的CO2時(shí),檢測到噴孔時(shí)的最大瓦斯流量達(dá)到7.316L/s,是平均值的18倍。(5)為了定量地描述鉆進(jìn)過程中煤體的突出危險(xiǎn)性,我們把單位長度鉆孔的初始瓦斯流量之和作為指標(biāo),也就是每鉆進(jìn)一米鉆孔涌出的瓦斯總體積,我們稱之為鉆孔初始瓦斯涌出量。研究發(fā)現(xiàn)鉆孔初始瓦斯涌出量與瓦斯壓力呈正比,瓦斯壓力越大,鉆孔初始瓦斯涌出量也越大。測定每一個(gè)煤樣的初始釋放瓦斯膨脹能,得到鉆孔初始瓦斯涌出量與初始釋放瓦斯膨脹能也是呈正相關(guān)關(guān)系。依據(jù)初始釋放瓦斯膨脹能的弱突出和強(qiáng)突出的臨界值為42.98mJ/g和103.8mJ/g,得到鉆孔初始瓦斯涌出量的弱突出和強(qiáng)突出的臨界值為44.65L和92.1L,并進(jìn)行了突出模擬試驗(yàn)驗(yàn)證鉆孔初始瓦斯涌出量指標(biāo)預(yù)測突出的準(zhǔn)確性。(6)由于現(xiàn)場煤層賦存條件及地質(zhì)條件不一致,其測試條件與本試驗(yàn)相差較大,實(shí)際的突出的臨界值可能有所變化,因此。每個(gè)石門或井筒揭煤時(shí),應(yīng)獨(dú)立考察其鉆孔初始瓦斯涌出量法的臨界值。其方法是:在預(yù)測石門揭煤突出危險(xiǎn)性時(shí),同時(shí)測定鉆孔初始瓦斯涌出量、煤層的原始瓦斯壓力和初始釋放瓦斯膨脹能,可以得到本鉆孔初始瓦斯涌出量與初始釋放瓦斯膨脹能之間的相關(guān)關(guān)系,從而得到進(jìn)行本石門揭煤防突效果檢驗(yàn)的鉆孔初始瓦斯涌出量指標(biāo)的突出臨界值。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD713

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本文編號：1227697