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基于多场耦合大直径钻孔预抽煤巷条带瓦斯技术研究

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1 绪论

1.1国内外研究现状

1.2研究目标和研究内容

1.3技术路线

2 实验区概况

2.1煤层及煤质

2.2地勘时期瓦斯含量

2.3瓦斯基本参数测定

2.4孟津矿二 2煤层顺层条带措施的必要性分析

3 钻孔周围煤体应力分布特征及卸压范围

3.1煤岩物理力学参数

3.2岩石初始应力的选取

3.3钻孔周围煤体的应力模型

3.4多物理场耦合软件COMSOL-Multiphysics

3.5钻孔的卸压范围

3.6不同孔径钻孔卸压效果的现场考察

4 瓦斯抽放模型及抽放半径确定

4.1孔隙率和渗透率的演化模型

4.2钻孔周围煤体综合模型

4.3瓦斯抽放半径的数值模拟

4.4瓦斯抽放半径的现场实测

5 顺层大直径钻孔预抽条带瓦斯的优化布置

5.1试验区概况

5.2预抽条带突出危险性分析

5.3大直径钻孔的分区式布置

5.4区域防突措施的效果检验

5.5区域验证

6结论

参考文献

作者简历

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摘要

论文以孟津矿为研究对象,测定试验点的原始煤层瓦斯含量(压力)等参数,评价试验点的突出危险程度。充分考虑煤的塑性软化、扩容特征及流变特性,建立钻孔周围煤体的粘弹塑性模型,对钻孔周围煤体的应力应变及移动变形规律进行研究,确定不同应力、不同孔径、不同硬度煤层的抽放钻孔卸压范围,为抽放钻孔的合理布置提供依据。建立含瓦斯煤孔隙率和渗透率的动态演化模型,以Kozeny-Carman方程为桥梁,采用Darcy定律、Langmuir方程、理想气体状态方程等理论建立钻孔周围煤体瓦斯运移的流固耦合模型。利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics对其进行数值模拟,研究不同孔径钻孔在不同瓦斯地质条件的抽放半径。采取分区式布置方式,对现有区域消突技术进行优化,通过对实施措施的区域进行消突效果考察,孔径113mm的抽放钻孔单孔抽放纯量为孔径94mm的1.8倍。表明大直径顺层长钻孔的应用能够有效消除预抽条带煤巷的瓦斯突出危险,提高了掘进速度,确保了掘进工作面的安全生产。

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