本文關(guān)鍵詞：無煤柱煤與瓦斯共采中抽采鉆孔采動破壞機理研究

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【摘要】：無煤柱煤與瓦斯共采是低透氣性高瓦斯煤層群安全高效開采的科學(xué)開采模式。然而,煤層的開采擾動使得布置于留巷側(cè)向頂板內(nèi)的瓦斯抽采鉆孔易于發(fā)生變形和破壞,不能充分發(fā)揮其抽采效能。如何確保和實現(xiàn)鉆孔在工作面推進過程中的穩(wěn)定性已成為無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。本文采用物理模擬、理論分析和數(shù)值模擬等綜合研究手段,首先以鉆孔圍巖小環(huán)境為研究對象,分析了鉆孔擠壓和剪切變形破壞機理,提出了相應(yīng)的失穩(wěn)判據(jù);再以采動圍巖大環(huán)境為研究對象,研究了留巷側(cè)向頂板層間剪切滑移及采動應(yīng)力分布特征,并結(jié)合前面提出的鉆孔破壞判據(jù),得出了鉆孔破壞的時空演化規(guī)律,總結(jié)形成了三種無煤柱煤與瓦斯共采實施模式及關(guān)鍵技術(shù),主要結(jié)論如下:(1)建立了原巖應(yīng)力狀態(tài)下鉆孔自穩(wěn)評價模型,指出鉆孔自穩(wěn)存在一個臨界深度,當采深小于該臨界深度時,鉆孔可以自穩(wěn),當采深大于該臨界深度時,需安裝套管以維持鉆孔穩(wěn)定。構(gòu)建了套管擠壓及剪切破壞力學(xué)模型,提出了相應(yīng)的破壞判據(jù),并采用FLAC3D分析了套管在擠壓和剪切作用下的變形破壞規(guī)律及影響因素,驗證了所提出的理論模型;(2)采用相似模擬方法研究了留巷側(cè)向頂板的位移分布特征,基于概率積分法,考慮留巷減跨效應(yīng),得出了側(cè)向頂板巖層層間剪切滑移計算公式,分析了采高、采深、充填墻體側(cè)頂板下沉量的影響;(3)提出了多維耦合數(shù)值模擬分析方法,基于雙屈服本構(gòu)模型實現(xiàn)了采空區(qū)的動態(tài)模擬,獲得了卸壓開采采動應(yīng)力、巖層移動及滲透率分布規(guī)律,并結(jié)合前述提出的鉆孔破壞判據(jù),揭示了鉆孔變形破壞的時空演化規(guī)律,闡明了鉆孔穩(wěn)定性控制原理;(4)根據(jù)沿空留巷圍巖變形程度,提出了三種無煤柱煤與瓦斯共采實施模式:“留巷+滯后工作面傾向鉆孔”、“留巷+超前工作面傾向鉆孔”以及“留巷+高位回風(fēng)巷傾向鉆孔”共采模式,并總結(jié)形成了無煤柱煤與瓦斯共采的關(guān)鍵技術(shù)體系;(5)結(jié)合淮南礦區(qū)朱集礦1111(1)工作面“留巷+超前工作面傾向鉆孔”和1112(1)工作面“留巷+高位回風(fēng)巷傾向鉆孔”共采案例給出了工程驗證。
【關(guān)鍵詞】：抽采鉆孔 采動破壞 留巷 煤與瓦斯共采 優(yōu)化控制
【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】：2015
【分類號】：TD712.6;TD823.8
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-26
• 變量注釋表26-29
• 1 緒論29-39
• 1.1 研究背景及意義29-31
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31-37
• 1.3 主要研究內(nèi)容37
• 1.4 研究方法與實施方案37-39
• 2 鉆孔變形形式及破壞模型39-81
• 2.1 原巖應(yīng)力狀態(tài)下孔壁穩(wěn)定性分析39-46
• 2.2 鉆孔套管的穩(wěn)定性分析46-56
• 2.3 套管-水泥環(huán)-圍巖三維數(shù)值模擬56-80
• 2.4 本章小結(jié)80-81
• 3 留巷側(cè)向頂板的位移特征與分布規(guī)律81-99
• 3.1 無煤柱卸壓開采物理模擬實驗81-89
• 3.2 留巷側(cè)向頂板的剪切滑移規(guī)律及影響因素89-98
• 3.3 本章小結(jié)98-99
• 4 鉆孔變形破壞的時空演化規(guī)律及穩(wěn)定控制原理99-129
• 4.1 數(shù)值模型的建立99-110
• 4.2 模擬結(jié)果及分析110-126
• 4.3 鉆孔穩(wěn)定控制原理126-128
• 4.4 本章小結(jié)128-129
• 5 無煤柱煤與瓦斯共采實施模式及關(guān)鍵技術(shù)129-148
• 5.1 深井無煤柱煤與瓦斯共采的技術(shù)挑戰(zhàn)129-131
• 5.2 無煤柱煤與瓦斯共采實施模式131-132
• 5.3 無煤柱煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)132-147
• 5.4 本章小結(jié)147-148
• 6 無煤柱煤與瓦斯共采案例分析148-170
• 6.1 留巷+超前工作面傾向鉆孔共采案例148-162
• 6.2 留巷+高位回風(fēng)巷傾向鉆孔共采案例162-169
• 6.3 本章小結(jié)169-170
• 7 結(jié)論170-173
• 7.1 主要結(jié)論170-171
• 7.2 主要創(chuàng)新點171
• 7.3 研究展望171-173
• 參考文獻173-183
• 作者簡歷183-187
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集187

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 程遠平;付建華;俞啟香;;中國煤礦瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展[J];采礦與安全工程學(xué)報;2009年02期

2 李日富;梁運培;張軍;;地面鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯效率影響因素[J];煤炭學(xué)報;2009年07期

3 繆協(xié)興,錢鳴高;采動巖體的關(guān)鍵層理論研究新進展[J];中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報;2000年01期

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本文編號：1053559