采场超前支承压力区域煤体瓦斯渗透率演化规律研究

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首山矿采用顺层钻孔对采煤工作面进行瓦斯治理,回采过程中,煤壁前方20m范围内顺层钻孔瓦斯抽采管路均进行拆除,导致生产过程中采场瓦斯浓度较大。通过研究采场超前支承压力区域内煤体瓦斯渗透率演化规律,为确定顺层钻孔瓦斯抽采管路的拆除时机提供依据。以首山矿己15-12050工作面为研究对象,通过对顺层钻孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯量的监测研究,得到基于现场实测的煤体瓦斯渗透率特征;观测分析己15-12050运输平巷巷道变形特征,初步确定超前支承压力区域大小、应力峰值位置;运用极限应力平衡理论、FLAC3D数值模拟,对顺层钻孔变形特征、采场超前支承压力分布进行研究,得到己15-12050工作面超前支承压力分布规律;基于含瓦斯煤岩固气耦合物理模型,运用COMSOL-Multiphysics数值模拟,研究超前支承压力作用下煤体瓦斯渗透率分布特征,得到超前支承压力区域煤体瓦斯渗透率演化规律。从煤体瓦斯渗透率角度考虑,工作面前方11m左右范围正是抽采瓦斯的较有效范围,从而优化了顺层钻孔瓦斯抽采管路的拆除时机。
致谢第4-5页
摘要第5-6页
Abstract第6页
1 绪论第10-16页
    1.1 提出问题第10-11页
    1.2 国内外研究现状第11-14页
        1.2.1 顺层钻孔抽采瓦斯研究现状第11-12页
        1.2.2 煤层瓦斯渗流理论研究现状第12-13页
        1.2.3 采动应力对瓦斯渗流影响研究现状第13-14页
    1.3 研究内容与技术路线第14-16页
        1.3.1 研究内容第14页
        1.3.2 技术路线第14-16页
2 基于现场实测的煤体瓦斯渗透率特征第16-30页
    2.1 矿井概况第16-19页
        2.1.1 矿井地质构造第16-17页
        2.1.2 煤层赋存第17-18页
        2.1.3 煤层瓦斯特征第18-19页
    2.2 工作面概况第19-24页
        2.2.1 工作面地质概况第20-22页
        2.2.2 回采期间防治煤与瓦斯措施第22-23页
        2.2.3 工作面前方顺层钻孔拆除距离第23-24页
    2.3 煤体瓦斯渗透率特征第24-28页
        2.3.1 抽采瓦斯浓度与煤体瓦斯渗透率正相关第24页
        2.3.2 实验钻孔布置及参数第24-26页
        2.3.3 数据归纳总结第26-28页
    2.4 本章小结第28-30页
3 采场超前支承压力分布规律第30-50页
    3.1 煤层顺层钻孔变形破坏理论分析第30-33页
        3.1.1 钻孔变形的影响因素第30-31页
        3.1.2 钻孔变形的破坏形式第31页
        3.1.3 钻孔破碎圈的形成机理第31-33页
    3.2 采场超前支承压力分布特征分析第33-36页
        3.2.1 采场超前支承压力影响因素分析第33页
        3.2.2 采场超前支承压力分布规律理论分析第33-36页
        3.2.3 采场超前支承压力峰值与煤壁距离计算第36页
    3.3 超前支承压力区域的确定第36-38页
        3.3.1 测站布置第36-37页
        3.3.2 观测结果第37-38页
    3.4 采场超前支承压力分布数值模拟第38-41页
        3.4.1 FLAC~(3D)软件介绍第38-39页
        3.4.2 模型的设计原则第39页
        3.4.3 模型建立及岩层参数第39-41页
    3.5 工作面最小推进距离的确定第41-42页
    3.6 采动应力对煤体瓦斯渗透率的影响第42-43页
    3.7 超前支承压力分布模拟结果分析第43-48页
    3.8 本章小结第48-50页
4 超前支承压力作用下煤体瓦斯渗透率演化规律第50-66页
    4.1 含瓦斯煤岩体变形场控制方程第50-53页
    4.2 孔隙率和渗透率的动态模型第53-54页
        4.2.1 孔隙率动态方程第53-54页
        4.2.2 渗透率动态方程第54页
    4.3 含瓦斯煤岩体渗流场控制方程第54-58页
        4.3.1 煤层瓦斯含量第54-56页
        4.3.2 气体状态方程第56页
        4.3.3 达西定律第56页
        4.3.4 瓦斯运移连续性方程第56-58页
        4.3.5 渗流场控制方程第58页
    4.4 物理几何模型及边界条件第58-62页
        4.4.1 多物理场耦合软件COMSOL-Multiphysics介绍第59页
        4.4.2 模型几何尺寸第59-60页
        4.4.3 物理模型第60-61页
        4.4.4 网格划分第61页
        4.4.5 边界类型及条件第61-62页
        4.4.6 数值模拟物理力学参数第62页
    4.5 煤体瓦斯渗透率数值模拟结果分析第62-65页
    4.6 本章小结第65-66页
5 结论与展望第66-68页
    5.1 主要结论第66页
    5.2 展望第66-68页
参考文献第68-72页
作者简历第72-73页
学位论文数据集第73页
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