低透气性富含瓦斯煤层群卸压开采机理及应用研究
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开采保护层进行瓦斯抽采是预防煤与瓦斯突出最有效、最经济的区域性防突技术措施;而保护层卸压开采效应与开采因素密切相关。本文综合运用理论分析、数值计算、相似材料模拟及现场工程试验等方法,建立了低透气性煤层群下保护层卸压开采采场覆岩3个数值模型;深入研究了层间距、采高、岩性、煤层倾角、有无硬岩层等主要开采因素对下保护层卸压开采效应的影响;依据相同开采条件(层间距),详细分析了不同采场覆岩数值模型采动过程覆岩位移位移场、应力场与裂隙场动态演化和时空分布特征:研究了低透气性富含瓦斯煤层群下保护层卸压开采采动覆岩移动变形规律、采动岩体裂隙动态演化与分布规律、卸压煤层膨胀变形特征及卸压特征参数;基于3DMAX软件平台,开发了瓦斯抽采钻孔三维设计软件;上述研究成果在淮南潘谢矿区B组煤开采瓦斯治理中得到应用,取得了良好的社会和经济效应。
摘要 | 第6页 |
Abstract | 第6页 |
详细摘要 | 第7-15页 |
1 绪论 | 第15-27页 |
1.1 研究背景和意义 | 第15-16页 |
1.1.1 研究背景 | 第15-16页 |
1.1.2 研究意义 | 第16页 |
1.2 研究现状 | 第16-23页 |
1.2.1 保护层开采国内外研究现状 | 第16-20页 |
1.2.2 覆岩采动裂隙演化研究现状 | 第20-22页 |
1.2.3 瓦斯抽放技术研究现状 | 第22-23页 |
1.3 存在问题 | 第23-24页 |
1.4 研究内容与技术路线 | 第24-27页 |
1.4.1 研究内容 | 第24页 |
1.4.2 技术路线 | 第24-27页 |
2 不同开采因素下保护层卸压开采效应 | 第27-63页 |
2.1 下保护层开采采场覆岩数值模型 | 第27-29页 |
2.1.1 无硬岩层采场覆岩数值模型 | 第27-28页 |
2.1.2 硬岩层位于保护层与被保护层之间采场覆岩数值模型 | 第28页 |
2.1.3 硬岩层位于被保护层上方采场覆岩数值模型 | 第28-29页 |
2.2 数值计算软件简介 | 第29-31页 |
2.2.1 采矿工程问题的数值计算特点 | 第29页 |
2.2.2 UDEC软件简介 | 第29-31页 |
2.3 下保护层开采有效层间距的确定 | 第31-32页 |
2.4 无硬岩层采场覆岩数值模型计算结果分析 | 第32-47页 |
2.4.1 层间距变化对被保护层的影响 | 第33-38页 |
2.4.2 层间软岩层岩性对被保护层影响 | 第38-40页 |
2.4.3 被保护层上方软岩层岩性不同对被保护层的影响 | 第40-42页 |
2.4.4 下保护层不同采高对被保护层的影响 | 第42-45页 |
2.4.5 煤层不同倾角对被保护层的影响 | 第45-47页 |
2.5 有硬岩层采场覆岩数值模型Ⅰ计算结果分析 | 第47-53页 |
2.5.1 层间硬岩层位置对被保护层的影响 | 第48-50页 |
2.5.2 层间硬岩层厚度对被保护层的影响 | 第50-53页 |
2.6 有硬岩层采场覆岩数值模型Ⅱ计算结果分析 | 第53-62页 |
2.6.1 硬岩层厚度对被保护层的影响 | 第54-56页 |
2.6.2 硬岩层位置对被保护层的影响 | 第56-59页 |
2.6.3 硬岩层破断距对被保护层的影响 | 第59-62页 |
2.7 小结 | 第62-63页 |
3 下保护层卸压开采采动覆岩位移场、应力场与裂隙场动态演化及时空分布特征 | 第63-95页 |
3.1 无硬岩层采动覆岩位移场、应力场与裂隙场动态演化及时空分布特征 | 第63-70页 |
3.1.1 采动过程覆岩移动及矢量场特征 | 第63-65页 |
3.1.2 覆岩位移场演化特征 | 第65-67页 |
3.1.3 采动应力场演化特征 | 第67-68页 |
3.1.4 覆岩裂隙场演化及空间分布特征 | 第68-70页 |
3.2 有硬岩层Ⅰ采动覆岩位移场、应力场与裂隙场动态演化及时空分布特征 | 第70-80页 |
3.2.1 采动过程覆岩位移矢量场特征 | 第70-72页 |
3.2.2 采动覆岩移动特征 | 第72-74页 |
3.2.3 硬岩层破断前后位移场演化特征 | 第74页 |
3.2.4 采动应力场演化特征 | 第74-76页 |
3.2.5 硬岩层破断前后应力场演化 | 第76-78页 |
3.2.6 覆岩裂隙场演化及空间分布特征 | 第78-80页 |
3.3 有硬岩层Ⅱ采动覆岩位移场、应力场与裂隙场动态演化及时空分布特征 | 第80-91页 |
3.3.1 采动过程覆岩位移矢量场特征 | 第80-83页 |
3.3.2 采动覆岩移动特征 | 第83-85页 |
3.3.3 覆岩位移场演化特征 | 第85-87页 |
3.3.4 采动应力场演化特征 | 第87-88页 |
3.3.5 覆岩裂隙场演化及空间分布特征 | 第88-91页 |
3.4 采动覆岩破坏及移动的力学特征 | 第91-92页 |
3.5 小结 | 第92-95页 |
4 煤层群卸压开采相似材料试验 | 第95-117页 |
4.1 试验目的及试验区概况 | 第95-96页 |
4.1.1 试验目的 | 第95页 |
4.1.2 试验区概况 | 第95-96页 |
4.2 相似材料试验 | 第96-104页 |
4.2.1 相似材料试验基本原理 | 第96页 |
4.2.2 相似材料模拟试验基本条件 | 第96-98页 |
4.2.3 相似材料试验模型的设计与制作 | 第98-100页 |
4.2.4 相似材料试件物理力学性质测定 | 第100-104页 |
4.3 试验结果分析 | 第104-116页 |
4.3.1 覆岩移动特征 | 第104-106页 |
4.3.2 煤岩体内应力分布规律 | 第106-111页 |
4.3.3 被保护层垂直位移变化规律 | 第111-112页 |
4.3.4 被保护层水平位移变化规律 | 第112-114页 |
4.3.5 被保护层膨胀变形规律 | 第114-115页 |
4.3.6 被保护煤层的卸压范围 | 第115-116页 |
4.4 小结 | 第116-117页 |
5 瓦斯抽采钻孔三维设计 | 第117-129页 |
5.1 地层体三维建模 | 第117-119页 |
5.1.1 基于面元模型的三维地层建模 | 第117-118页 |
5.1.2 基于体元模型的三维地层建模 | 第118页 |
5.1.3 基于混合模型的三维地层建模 | 第118-119页 |
5.1.4 基于煤矿地勘钻孔的三维地层建模 | 第119页 |
5.2 井巷工程三维建模 | 第119-125页 |
5.2.1 井巷工程数据特点及建模要求 | 第119-121页 |
5.2.2 巷道网络模型基元 | 第121-122页 |
5.2.3 巷道三维建模 | 第122-123页 |
5.2.4 三维立体模型与二维平面图形相互转换 | 第123-125页 |
5.3 瓦斯抽采钻孔设计 | 第125-127页 |
5.4 小结 | 第127-129页 |
6 卸压开采工业性试验 | 第129-145页 |
6.1 工程概况 | 第129-130页 |
6.2 B组煤卸压开采瓦斯3维立体综合治理方案 | 第130-133页 |
6.2.1 东三B组煤瓦斯治理方案 | 第130页 |
6.2.2 135205工作面瓦斯治理方案 | 第130-133页 |
6.3 被保护层效果考察 | 第133-138页 |
6.3.1 130805工作面走向方向卸压范围 | 第133-135页 |
6.3.2 130805工作面倾向方向卸压范围 | 第135-138页 |
6.3.3 煤层变形量考察 | 第138页 |
6.3.4 被保护层采动前后透气性测定 | 第138页 |
6.4 卸压开采瓦斯抽采效果 | 第138-143页 |
6.4.1 被保护层瓦斯抽采钻场设计及钻孔布置 | 第138-139页 |
6.4.2 瓦斯抽采管路施工工艺 | 第139-141页 |
6.4.3 钻孔抽采瓦斯效果分析 | 第141-143页 |
6.5 小结 | 第143-145页 |
7 主要结论与展望 | 第145-149页 |
7.1 主要结论 | 第145-146页 |
7.2 论文展望 | 第146-149页 |
参考文献 | 第149-155页 |
致谢 | 第155-156页 |
作者简介 | 第156页 |
在学期间发表的学术论文 | 第156-157页 |
在学期间参加科研项目 | 第157页 |
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ABS694238,这篇论文共157页
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