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《安徽建筑大学》 2012年
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低透气性煤层穿层钻孔扩孔增透强化抽采技术研究

禹业挺  
【摘要】:煤与瓦斯突出事故常发生在突出煤层煤巷掘进过程中,对矿井安全生产造成很大威胁。穿层钻孔区域预抽是消除煤与瓦斯突出危险性的主要技术方法,而低透气性煤层,预抽瓦斯效果差,常采用层内增透技术。本文在分析常用增透技术不足的基础上,提出一种操作简单并具有普遍应用性的增透技术——钻孔煤层段扩孔技术,其原理是通过扩大孔径相应增加孔内煤体的裸露面积,来增大透气性系数,提高抽采效果。 (1)通过理论分析瓦斯在煤体孔隙中的运移规律,确定了钻孔周围煤体应力影响范围,研究了钻孔抽采瓦斯及掏穴扩孔措施的消突机理,介绍了几种影响瓦斯抽采效果的因素,并分析了他们之间的影响关系。 (2)本文采用两种数值模拟软件分析,通过FLAC3d软件模拟钻孔周围应力分布,直观的观察到随着直径的增加,钻孔周围煤体卸压范围增大;通过FLUENT软件模拟不同抽采负压、钻孔直径、抽采时间下钻孔周围卸压范围的变化,研究表明,应根据煤层实际地质情况确定抽采参数,才能达到最好的抽采效果。 (3)该增透技术在淮南矿业集团李嘴孜煤矿32327底抽巷掩护32329机巷掘进中试验,研究表明:煤层段钻孔直径由113mm扩大为260mm以后,钻孔瓦斯抽采半径由2m增加至3m,减少了钻孔布置量。对掏穴前后抽采情况进行考察可知,掏穴后抽采纯量由1.72m3/h增加到2.26m3/h,是原来的1.3倍,浓度由7.84%增加到9.89%,是原来的1.26倍,通过增加单位时间抽采纯量缩短了区域预抽瓦斯时间,解决了生产接替问题。 (4)通过在顾北煤矿的实验表明:掏穴钻孔平均掏出煤量113kg/m,较理论掏出煤量增加59.81kg/m;掏穴钻孔与考察钻孔抽采情况相比,具有显示抽采流量时间长,抽采浓度高,抽出瓦斯量大的特点;在第1、2#掏穴钻孔加压期间,考察半径2m的考察孔抽采纯流量增加31.94-171.48%,考察半径2.5m的钻孔抽采纯流量增加19.44-138.24%。表明正压钻孔影响半径为2.5m,正压增透效果较好。 通过理论分析,数值模拟和试验研究表明:通过使用穿层钻孔煤层段扩孔强化增透技术,增加了钻孔周围煤体的裸露面积,有效的卸除地应力和瓦斯压力,钻孔周围煤体产生应力破坏和裂隙,提高煤体的透气性系数,增大了有效抽采半径,从而提高了煤层瓦斯的抽采量和抽采率,缩短了本煤层瓦斯的预抽时间。同时,由于这项技术主要采用机械操作,操作简易方便,提高了生产效率,取得了很好的经济效益;另外,它还降低了煤与瓦斯突出的危险性,从而解决了高瓦斯突出煤层巷道掘进和工作面瓦斯超限与瓦斯突出的问题,有利于巷道的快速掘进,实现了低透气性突出煤层工作面“抽、掘、采”平衡,是一项非常具有推广价值的技术。
【学位授予单位】:安徽建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TD713.3

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【参考文献】
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