块状煤体渗透特性实验研究及工程应用

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1、密级：公开硕士学位论文中图分类号：TU45块状煤体渗透特性实验研究及工程应用学位类型学术型学位学科（专业学位类别）矿业工程作者姓名蔡璐导师姓名及职称万文教授实践导师姓名及职称赵延林副教授学院名称能源与安全工程学院论文提交日期2015年5月21日块状煤体渗透特性实验研究及工程应用学位类型学术型学位学科（专业学位类别）矿业工程作者姓名蔡璐作者学号12010101006导师姓名及职称万文教授实践导师姓名及职称赵延林副教授学院名称能源与安全工程学院论文提交日期2015年5月21日学位授予单位湖南科技大学L

2、umpcoalpermeabilitycharacteristicsoftheexperimentalresearchandengineeringapplicationTypeofDegreeAcademicDegreeDiscipline(TypeofProfessionalDegree)MiningEngineeringCandidateCaiLuStudentNumber12010101006SupervisorandProfessionalTitleProf.WanWenPracticeM

3、entorandProfessionalTitleViceProf.ZhaoYanlinSchoolSchoolofEnergyandSafetyEngineeringDateMay21,2015UniversityHunanUniversityofScienceandTechnology学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个

4、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要煤层渗透性是瓦斯流动理论的一项重要研究

5、内容，含瓦斯煤的渗透率是反映瓦斯气在煤层中渗流难易程度的重要指标，是标志着煤层瓦斯抽采抽放难易程度的关键参数，也是煤层瓦斯多场耦合的重要物性参数。国内外学者在吸收和发展多种学科理论的基础上，通过大量的理论分析和实验验证，在对瓦斯气体在煤层中的流动理论研究上取得了众多的宝贵成果。本硕士论文在总结和分析前人理论和实验成果的基础上，采取义安矿11061工作面的软煤煤样，创新地采用酚醛树脂包裹原煤的方法来研究其透气特性。通过搭建单轴块状煤体渗透性实验平台，进行块状煤体渗透特性的固气耦合实验研究，旨在探索耦

6、合作用下瓦斯气体的流动和煤岩体的固气耦合特性，为煤与瓦斯突出机理和煤层瓦斯抽放方法提供理论依据。在理论方面分析并优化了义安矿11061工作面瓦斯抽放方法，采用fluent软件进行了数值模拟，验证了理论分析取得的参数，本文的主要工作如下：1）针对原煤易破碎且不易加工成符合规格要求的试件，不利于进行相关实验，利用酚醛聚酯树脂常温下力学性能稳定且凝固后酚醛聚酯树脂透明度较高的特性，本实验采用酚醛聚酯树脂进行包裹煤样，利用氮气作为介质，搭建实验平台，进行煤层渗透性的应力—透气耦合实验。2）采用垂直煤样节理

7、面加载应力的方式，测得不同应力大小及进气压力条件下煤样透气量。通过计算分析可得：试验中煤样的渗透率随着垂直煤体裂隙节理面的轴压增大而减小；随着气体压力增加而减小，并且渗透率减小速度减缓。3）基于酚醛聚酯树脂包裹原煤的方法明显改进了原有实验室测量煤层透气性系数方法中存在的缺陷处，根据此方法在实验室测得的煤层透气性系数比现场实际测量的结果仅高出54%，就原有实验室方法测得的结果来比较，数值准确率明显得到提高。4）实验采用的原煤取样点煤矿属于高瓦斯矿井，本文采用理论分析计算与数值模拟相结合的方法，对11

8、061综采工作面瓦斯抽放参数进行了i优化。通过对瓦斯抽放钻孔间距、抽放时间及抽放孔深度等参数的理论计算分析和数值模拟，得到了瓦斯抽放的优化参数。瓦斯抽放参数的优化，明显提高了瓦斯抽放效率，回风巷中瓦斯浓度有了明显地降低，工作面断电次数减少，确保了工作面安全、高效地进行生产。为义安煤矿的综合瓦斯抽放提供一个科学的、量化的参考依据。关键词：瓦斯；渗透率；固气耦合；煤层透气性系数；瓦斯抽放iiABSTRACTPermeabilityofcoalseamgasflowtheoryisani