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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论文编号ABS694238,这篇论文共157页
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