高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透技术研究报告12.10

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1、高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透技术研究研究报告中平能化集团中国矿业大学2009年12月目录目录I1绪论11.1高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透技术研究的意义11.2煤层卸压增透技术研究现状21.3主要研究内容41.4主要研究方法41.5研究达到的目标52高压射流煤层割缝卸压增透技术理论基础62.1煤层瓦斯储层特征62.1.1煤的孔隙类型62.1.2煤的孔隙结构62.1.3煤层的渗透性72.2高压水射流的非均质破坏作用及磨料射流液固两相流动研究82.2.1高压水射流的非均质破坏作用82.2.2前混合磨料射流的液固两相流动研究10

2、2.3割缝卸压后煤体应力分布及瓦斯流动分析122.3.1割缝范围内应力分布状态及其分析122.3.2割缝范围内瓦斯压力分布状态及其分析132.3.3卸压区煤体的稳定性分析152.3.4冲孔割缝技术对煤体透气性的影响173冲孔割缝卸压增透技术数值分析213.1数值模拟软件简介213.1.1模拟软件选择213.1.2FLAC简介223.1.3模型参数简介223.2钻孔和缝槽卸压效果比较243.2.1钻孔卸压的缺陷243.2.2钻孔和缝槽卸压效果数值分析26III3.2.3钻孔与缝槽的卸压效果比较273.3缝槽卸压增透的影响因素分析273

3、.3.1缝槽高度的影响283.3.2缝槽宽度的影响293.3.3垂直于缝槽平面应力对缝槽卸压的影响303.3.4最大主应力方向和缝槽平面法线方向夹角对卸压影响313.3.5缝槽之间的相互影响343.4割缝卸压的三维数值分析343.4.1单个缝槽卸压增透效果模拟353.4.2多个缝槽整体卸压增透效果模拟423.5本章小结504.高压射流煤层冲孔割缝卸压增透设备研制及性能试验524.1高压射流煤层冲孔割缝卸压增透设备系统组成524.1.1压控钻割一体化钻头534.1.2磨料发生罐体574.1.3水辨594.1.4钻杆高压密封技术594.

4、1.5液压控制系统594.2高压磨料射流钻割一体防突设备切割性能实验614.2.1磨料参数对切割特性影响试验624.2.2切割条件对切割特性影响试验654.3本章小结675煤层冲孔割缝卸压增透技术工业试验685.1矿井概况685.2工作面概况695.3现场施工方案695.3.1顺层钻割施工设计695.3.2施工流程方法705.4现场施工情况715.5效果考察74III5.5.1钻、割煤体扰动对比分析745.5.2抽出流量分析755.5.3影响半径分析795.5.4瓦斯抽采率的考察815.6本章小结876.结论897参考文献92III

5、高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透技术1绪论1.1高瓦斯低透气性煤层冲孔割缝卸压增透技术研究的意义矿井瓦斯是煤矿五大灾害之一，长期以来威胁着我国煤矿安全生产和影响着经济效益。瓦斯治理工作一直是我国煤炭战线，特别是高瓦斯矿井的研究课题。为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁，常常利用机械设备和专用管道造成的负压，将煤层中存在或释放出的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全地点。简单说来，抽放瓦斯的目的就是为了减少和消除瓦斯威胁，保证煤矿生产安全。其重要意义主要有以下3点。（1）抽放瓦斯可以减少开采时的瓦斯涌出量，从而可减少瓦斯隐患和各种

6、瓦斯事故，是保证安全生产的一项预防性措施。（2）抽放瓦斯可以减少通风负担，降低通风费用；还能够解决通风难以解决的难题。（3）煤层中的瓦斯同煤炭一样是一种地下资源，将瓦斯抽出来送到地面作为原料和燃料加以利用，“变害为利”、“变废为宝”，可以收到节约煤炭、保护环境的效果和可观的经济效益。但是，矿井地下深部原始煤层中的瓦斯，10~20%以游离状态赋存于裂隙和空隙中，80~90%以吸附状态附着在煤（岩）体表面。在一定的瓦斯压力时，仅是游离瓦斯可以流动，吸附瓦斯只是在瓦斯压力降低时解析转化为游离瓦斯后才参与瓦斯流动。实践表明，为卸压煤层中瓦斯

7、抽放效果取决于从煤体向钻孔涌出瓦斯的强度和延续时间，这两者由取决于煤层中瓦斯的压力和煤层的透气性。煤层透气性系数反应了瓦斯在煤体中流动所受到的阻力。目前，平顶山煤业集团所属矿区存在着大量的高瓦斯低透气性煤层，这一部分煤层的瓦斯预抽工作中，存在大量的抽放浓度低，抽放量小的现象，以至矿井抽放效果不理想，瓦斯治理压力大。资料显示，平煤集团的工作面瓦斯抽放率仅为5~10%，矿井瓦斯抽放率不足5%。经分析，造成瓦斯抽放率不高的主要原因有4个方面：（1）煤层透气性差；（2）预抽方式单一；（3）预抽参数不尽合理；（4）预抽时间不足。94高瓦斯低透

8、气性煤层冲孔割缝卸压增透技术因此，针对平煤的具体瓦斯抽放情况，需要解决瓦斯抽放量不足的现状。目前，平煤集团大量采用钻孔方式抽放煤层瓦斯，实践表明，钻孔瓦斯流量主要与钻孔的见煤长度、煤层瓦斯压力、渗透系数、钻孔直径等因素有关。决定钻孔瓦