高瓦斯厚煤层综放工作面采空区瓦斯抽放技术研究
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本文主要是对高瓦斯厚煤层综放工作面采空区瓦斯来源、流动以及抽放技术进行研究。结合试验矿井的实际条件,对采空区采用高位钻孔进行瓦斯抽放。为了得到高位钻孔的布孔层位,根据相似理论原理在实验室对试验工作面采空区进行相似材料模拟试验,观测出主要是冒落带分布区域;为了更简单、易行的得到“三带”范围,采用离散单元法的观点,利用计算机对采空区上覆岩层受采动影响后变形破坏过程进行了数值模拟,其模拟结果基本和相似材料模拟相同,确定了合理的布置抽放钻孔的层位。较系统的研究了采空区瓦斯的来源、涌出量大小、流动和储存规律,重点分析了采空区瓦斯运移的影响因素和其在采空区中的空间浓度分布特征,提出了进行采空区瓦斯抽放时合理的抽放范围,为采空区瓦斯抽放钻孔设计提供了依据;建立了采空区瓦斯运移的数学模型并对其进行了数值模拟。依据相似材料和数值模拟的结果,在试验工作面进行抽放钻孔设计,利用所设计的抽放钻孔对试验工作面采空区进行瓦斯抽放,经过考察,所设计施工的高位钻孔能够很好的满足采空区瓦斯治理的需要,简化了原有的抽放方式,解决了工作面瓦斯超限问题,取得了预期目标。
摘要 | 第4-5页 |
Abstract | 第5页 |
1 绪论 | 第9-17页 |
1.1 国内外瓦斯抽放现状 | 第9-12页 |
1.1.1 国外煤矿瓦斯抽放现状 | 第9页 |
1.1.2 国内煤矿瓦斯抽放现状 | 第9-11页 |
1.1.3 瓦斯抽放方法 | 第11-12页 |
1.2 我国煤矿瓦斯抽放存在的问题 | 第12-13页 |
1.3 瓦斯抽放技术的发展方向 | 第13页 |
1.4 论文研究的必要性及意义 | 第13-14页 |
1.4.1 论文的来源 | 第13页 |
1.4.2 论文研究的必要性及意义 | 第13-14页 |
1.5 论文研究的内容与技术路线 | 第14-16页 |
1.5.1 论文研究的主要内容 | 第14-15页 |
1.5.2 论文研究的技术路线 | 第15-16页 |
1.6 论文研究特色及主要创新点 | 第16-17页 |
2 采空区上覆岩层变形破坏规律研究 | 第17-41页 |
2.1 引言 | 第17-18页 |
2.2 相似材料模拟实验 | 第18-32页 |
2.2.1 相似理论定理 | 第18-20页 |
2.2.2 相似准则 | 第20页 |
2.2.3 岩层移动的相似模型设计 | 第20-29页 |
2.2.4 实验过程 | 第29-32页 |
2.3 岩体内部移动规律 | 第32页 |
2.4 上覆岩层变形破坏数值模拟-2D-BLOCK 实现 | 第32-40页 |
2.4.1 离散元法的基本思想 | 第33-34页 |
2.4.2 离散元数值模拟软件-2D-BLOCK 简介 | 第34页 |
2.4.3 原型与计算模型简介 | 第34-36页 |
2.4.4 模型计算结果分析 | 第36-40页 |
2.5 本章小结 | 第40-41页 |
3 采空区瓦斯运移规律研究 | 第41-67页 |
3.1 概述 | 第41-42页 |
3.2 采空区瓦斯来源、构成及浓度分布规律 | 第42-54页 |
3.2.1 试验区概况 | 第42页 |
3.2.2 采空区瓦斯来源分析 | 第42-44页 |
3.2.3 采空区瓦斯涌出量 | 第44-50页 |
3.2.4 采空区瓦斯浓度分布规律 | 第50-54页 |
3.3 采空区瓦斯运移的数学模型 | 第54-59页 |
3.3.1 采空区内空隙介质的特征 | 第54页 |
3.3.2 采空区瓦斯运移的数学模型 | 第54-59页 |
3.3.3 采场瓦斯运移控制微分方程组 | 第59页 |
3.4 采空区瓦斯运移规律数值模拟 | 第59-66页 |
3.4.1 采空区瓦斯涌出的定解数值模型 | 第59-61页 |
3.4.2 现场抽放试验结果 | 第61-62页 |
3.4.3.计算条件及参数 | 第62页 |
3.4.4.计算结果与分析 | 第62-66页 |
3.5 本章小结 | 第66-67页 |
4 采空区瓦斯抽放钻孔设计及效果考察 | 第67-78页 |
4.1 回采工作面瓦斯涌出规律及涌出量 | 第67-70页 |
4.1.1 回采工作面瓦斯涌出规律 | 第67-69页 |
4.1.2 回采工作面瓦斯涌出量预测 | 第69-70页 |
4.2 抽放参数的设计 | 第70-72页 |
4.2.1 抽放钻孔数量的确定 | 第70-71页 |
4.2.2 抽放钻孔在顶板岩层中的合理布孔层位 | 第71页 |
4.2.3 钻孔抽放范围的确定 | 第71-72页 |
4.3 钻孔抽放量的计算 | 第72-74页 |
4.3.1 采空区瓦斯渗流规律 | 第72-73页 |
4.3.2 钻孔抽放采空区混合气体的渗透阻力 | 第73-74页 |
4.4 综合分析及钻孔层位的优化 | 第74-75页 |
4.5 抽放效果考察 | 第75-77页 |
4.6 本章小结 | 第77-78页 |
5 结论与展望 | 第78-80页 |
5.1 结论 | 第78-79页 |
5.2 展望 | 第79-80页 |
参考文献 | 第80-83页 |
附录 | 第83-84页 |
致谢 | 第84页 |
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