青东煤矿突出煤层水力冲孔消突试验研究.pdf

学科分类号垒垒Q1 2 5 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 青东煤矿突出煤层水力冲孔消突试验研究 作者姓名 陵延亘 专业名称 塞全撞苤拯王程 研究方向 塞全理途皇这丕 导师姓名戴亡蕉数援 导师单位 塞邀理工太堂 答辩委员会主席 夏拉生直王 论文答辩日期2 0 13 年6 月6 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 3 年6 月6 日 AD i s s e r t a t i o ni n ．S a f e t yT e c h n o l o g ya n dE n g i n e e r i n g E x p e r i m e n t a lS t u d yo fH y d r a u l i cP u n c h i n go n O u t b u r s tC o a l S e a mi nQ i n g D o n gM i n e C a n d i d a t e C h e nY a n ．k e S u p e r v i s o r P r o f ．D a iG u a n g - l o n g S c h o o lo f E n e r g ya n dS a f t y A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 0 1 ，P ．R ．C H I N A 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得塞邀理王态堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名砾廷马日期二o ／多年‘月宕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀堡王太堂有保留、使用学位论 文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于塞徵堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽 理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文 导师签名 签字日期知房年6 月髫日 签字日期≥o ／并6 月g 日 摘要 摘要 在我国煤炭井工开采的比例比较高，随着井工开采深度的增加，我国煤矿安 全生产将面临地应力升高、瓦斯压力增大等严峻问题。针对青东煤矿松软低透气 性煤层，煤体松软，煤体破坏程度较高，煤体透气性较差等特点，采用传统防突 措施，现场抽排效果不佳，给现场煤与瓦斯突出防治工作带来诸多困难，因此采 取水力冲孔措施提高煤体透气性，提高瓦斯抽采效率是防治煤与瓦斯突出、提高 煤炭安全高效开采行之有效的方法。 本文在分析水力冲孔过程动力特性、影响水射流破煤因素的基础上，利用 A N S Y S ／L S ．D Y N A 数值模拟对水射流侵蚀煤体动态过程分析，并分析计算水力冲 孔对钻孔周围煤体的应力、应变变化影响。在青东煤矿7 2 8 工作面顶板岩巷实施 水力冲孔措施工业试验，平均单孔冲煤量1 ．3 t ，水力冲孔前后钻孔直径扩大到 5 9 3 ．4 m m ，较冲孔前增大6 ．3 倍。对水力冲孔后瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量考 察，单孔最大瓦斯浓度冲孔后峰值6 ．5 3 ％，较冲孔前平均值提高6 ．5 倍；最大瓦 斯抽采纯流量冲孔后最高值0 ．4 m H ／m i n ，比冲孔前增加0 ．3 3 m 3 ／m i n ，提高5 ．7 倍； 试验区最大残余瓦斯压力0 ．2 1 M P a ，最大残余瓦斯含量3 ．1 7 m 3 ／t ，验证水力冲孔 的卸压增透效果。结合在煤巷工作面掘进过程中的钻屑瓦斯解吸指标K ， m L ／g m i n l ／2 最大值为0 ．1 1 ，最大钻屑量S m a x K g 最大值为3 ．9 ，么h 2 P a 最大 值为8 0 ，瓦斯放散初速度△p 最大值为8 m m H g ，煤体坚固性系数大于0 ．7 等突出 指标进行了分析，顶板巷下向钻孔水力冲孔消突效果显著，该技术为8 2 采区的 7 2 8 工作面投产节省了时间，经济效益显著。 图【4 8 ] 表【1 7 】参【5 1 】 关键词顶板钻孔；高压水射流；水力冲孔数值模拟 分类号T D 7 1 3 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t U n d e r g r o u n dm i n i n gi sal a r g ep a r ti nC h i n a , t h ec r u s t a ls t r e s sa n dg a sp r e s s u r e a r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r es e v e r ea l o n gw i t hi n c r e a s i n gd e p t h ．A i m i n gt ot h ef e a t u r e o fl o wg a sp e r m e a b i l i t yi ns o f tc o a lb e d ，s u c ha ss e r i o u sd e g r e eo fd a m a g e ，s o f ta n dS O o n ，t h ee f f e c t i v e n e s so fg a se x t r a c t i o ni sn o to p t i m a lb yt r a d i t i o n a lm e t h o d ，w h i c hh a s b e e ni nt r o u b l ew i t hp r e v e n t i o no fc o a la n dg a so u t b u r s t ．I n c r e a s i n gg a sp e r m e a b i l i t y a n di m p r o v i n gt h ee f f e c t i v e n e s so fg a se x t r a c t i o na r e t h eb e s tw a yt op r e v e n tc o a la n d g a so u t b u r s ta n di m p r o v e t h es a f e t ya n dh i g he f f i c i e n c yb yh y d r a u l i cp u n c h i n g ． I nt h i sp a p e r , o nt h e b a s i so fa n a l y z i n gd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fh y d r a u l i c p u n c h i n gp r o c e s sa n df a c t o r sa f f e c t i n gc o a lw a t e rj e tb r e a k ，r e s p e c t i v e l ya n a l y z i n gt h e c o a lw a t e rje te r o s i o nd y n a m i cp r o c e s sb yu s i n gA N S Y S ／L S - D Y N An u m e r i c a l s i m u l a t i o ns o f t w a r e ，a n da n a l y z i n ga n dc a l c u l a t i n gt h ec h a n g ei m p a c t so fh y d r a u l i c p u n c h i n gh o l e sa r o u n dt h ec o a lo nt h es t r e s sa n ds t r a i n ．T h et e s to fh y d r a u l i cf l u s h i n g t e c h n o l o g yi sc o n d u c t e di nN o ．7 2 8w o r k i n gf a c et o ps l a t el a n ei nQ i n g d o n gC o a l ，t h e a v e r a g ea m o u n to fc o a lh o l ep u n c hi s1 ．3 t ，t h ef r o n ta n d r e a rh y d r a u l i cf l u s h i n gh o l e d i a m e t e re x p a n d e dt o5 9 3 ．4m i l l i m e t r e ，i si n c r e a s e db y6 ．3t i m e s ．T h er e a rh y d r a u l i c f l u s h i n gh o l eg a se x t r a c t i o nc o n c e n t r a t i o na n dp u r eq u a n t i t ya r ei n v e s t i g a t e d ，t h e m a x i m u mo ft h eg a se x t r a c t i o nc o n c e n t r a t i o ni ne v e r ys i n g l eb o r ei si n c r e a s e db y6 ．5 t i m e s ，u pt o6 ．5 3 ％，a n dt h em o s tg a sq u a n t i t yi s 0 ．4 m 3 ／m i n ，i sm o r et h a nf r o n t h y d r a u l i cf l u s h i n gb y0 ．3 3 m 3 ／m i n ，i si n c r e a s e db y5 ．7 t i m e s ．T h em o s tr e s i d u a lg a s p r e s s u r ei s0 ．21M P a ．a n dt h em o s tr e s i d u a lg a sa m o u n ti s3 ．17 m 3 ／t ，w h i c hp r o v e st h e e f f e c t i v e n e s so fp r e s s u r er e l i e fa n da n t i r e f l e c t i o n ．I nt h ep r o c e s so fc o a lr o a d w a y e x c a v a t i o n ，c o m b i n e d 埘t hS m a xi s3 ．9 k g ，k li sO ．1 1m L ／g m i n l ／2 ，A h 2i s8 0P a ，△pi s 8 m m H g ．fi s a b o v eo ．7 ．I tt u r n so u tt h a tt h ee f f e c t i v e n e s so fh y d r a u l i cf l u s h i n g t e c h n o l o g yi sv e r yg o o d ．T h eh y d r a u l i cf l u s h i n gt e c h n o l o g yn o to n l ys a v e st i m eb u t a l S Oc o s ti nN o ．7 2 8w o r k i n gf a c e ． F i g u r e [ 4 8 】T a b l e [ 17 】R e f e r e n c e [ 51 】 K e yW o r d s h y d r a u l i cf l u s h i n g ，h i g hp r e s s u r ew a t e rj e t ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，g a s e x t r a c t i o n C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 713 I I 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I V 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．1 - 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 - 1 ．1 研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 - 1 ．1 ．1 课题研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 一3 1 ．1 ．2 课题研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．8 - 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 - 1 ．2 ．1 水射流技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．9 - 1 ．2 ．2 水力冲孔消突技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 ． 1 ．3 存在的主要问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 ． 1 ．4 论文的主要内容及研究思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．1 2 ． 2 水射流破煤特性理论研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 5 ． 2 ．1 流体力学基本方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．1 5 ． 2 ．2 水射流特性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．1 6 ． 2 ．2 ．1 水射流的分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 ． 2 ．2 ．2 射流的工艺系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 ． 2 ．3 水射流破煤分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．1 9 ． 2 ．3 ．1 水射流结构和特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 ． 2 ．3 ．2 水射流冲击力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ． 2 ．3 ．3 水射流破煤机理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 ． 2 ．4 影响水射流破煤能力的因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 ． 2 ．4 ．1 水射流本身性能对破煤的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 ． 2 ．4 ．2 煤岩的物理特性对破煤的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 ． 2 ．4 ．3 围压对破煤的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 ． 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．2 9 ． 3 水力冲孔煤体增透消突技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31 ． 3 ．1 水力冲孔防突技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．3 1 - 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．1 ．1 水力冲孔的工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ． 3 ．1 ．2 水力冲孔破煤的力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 ． 3 ．2 水力冲孔消除煤体突出危险性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 ． 3 ．2 ．1 水力冲孔对煤体应力分布的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 ． 3 ．2 ．2 水力冲孔后煤层透气性变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 ． 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 ． 4 水力冲孔数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 ． 4 ．1A N S Y S 软件模拟原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 9 ． 4 ．2 高压水射流侵蚀煤体数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 ． 4 ．2 ．1 模拟条件的假设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 ． 4 ．2 ．2 模拟目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 - 4 ．2 ．3 模拟状态方程及材料参数设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 - 4 ．2 ．4 模型构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 ． 4 ．2 ．5 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 ． 4 ．3 水力冲孔前后钻孔周围情况的数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．4 9 ． 4 ．3 ．1 模拟条件的假设⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 ． 4 ．3 ．2 模拟目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 ． 4 ．3 ．3 模型构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 ． 4 ．3 ．4 模型边界条件及初始应力场⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 0 ． 4 ．3 ．5 参数选择及求解过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 ． 4 ．3 ．6 模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ． 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．5 7 5 青东煤矿顶板下向钻孔水力冲孔消突现场考察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 ． 5 ．1 试验区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 5 9 - 5 ．1 ．1 青东煤矿7 煤层概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 ． 5 ．1 ．2 青东煤矿8 2 采区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 6 l - 5 ．1 ．3 矿井通风与瓦斯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 5 ．2 水力冲孔工业现场试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 5 ．2 ．1 水力冲孔冲试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 2 - 5 ．2 ．2 水力冲孔钻孔位置布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 6 2 - 5 ．2 ．3 水力冲孔工业现场施工工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 3 5 ．3 穿层钻孔水力冲孔区域预抽消突措施效果检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一6 5 - I I 目录 5 ．3 ．1 检验孔的布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 ． 5 ．3 ．2 检验孔的考察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 ． 5 ．3 ．3 水力冲孔冲煤量的考察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 ． 5 ．3 ．4 水力冲孔后瓦斯抽采浓度考察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 ． 5 ．3 ．5 水力冲孔后瓦斯抽采率考察⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 ． 5 ．4 水力冲孔试验区域突出危险性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 ． 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．7 7 ． 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9 ． 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 ． 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．8 0 ． 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．81 - 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 5 ． 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 7 ． I I I 安徽理工大学硕士学位论文 C o m e m s A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I V I n t r o d u t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．一1 1I n t r o d u t i o n ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．一3 - 1 ．1B a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c ea b o u tr e s e a r c h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．- 3 - 1 ．1 ．1B a c k g r o u n da b o u tr e s e a r c h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 3 。 1 ．1 ．2S i g n i f i c a n c ea b o u tr e s e a r c h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 8 - 1 ．2R e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．一9 1 ．2 ．1R e s e a r c hs t a t u sa b o u tw a t e r j e tt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．- 9 - 1 ．2 ．2R e s e a r c hs t a t u sa b o u th y d r a u l i cf l u s h i n go fo u t b u r s tc o n t r o lt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 1 0 1 ．3T h em a i np r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 1 2 一 1 ．4T h em a i nc o n t e n ta n dr e s e a r c hi d e a so f t h ep a p e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 1 2 - 2T h e o r e t i c a ls t u d yo nw a t e r j e tb r e a k i n gc o a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．- 1 5 2 ．1T h eb a s i ch y d r o m e c h a n i c se q u a t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15 。 2 ．2C h a r a c t e r i s t i c so f w a t e rj e t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 6 - 2 ．2 ．1W a t e r j e tc a t e g o r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 1 6 。 2 ．2 ．2T h ep r o c e s ss y s t e mo f j e t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．18 _ 2 ．3W a t e r j e tb r e a k i n gc o a la n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 9 - 2 ．3 ．1T h es t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i c so f w a t e r j e t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 1 9 2 ．3 ．2T h ei m p a c to f t h ew a t e r j e t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．。2 1 - 2 ．3 ．3T h em e c h a n i s ma n a l y s i so fw a t e rj e tb r e a k i n gc o a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．- 2 3 - 2 ．4A n a l y s i so ff a c t o r st h a ta f f e c tw a t e rj e tb r e a k i n gc o a lc a p a c i t y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 - 2 ．4 ．1W a t e rj e tp e r f o r m a n c eb r o k e nc o a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。2 5 ‘ 2 ．4 ．2T h ea f f e c to fb r e a k i n gb yp h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o a l ⋯⋯．．．2 7 - 2 ．4 ．3C o n f i n i n gp r e s s u r eo f b r o k e nc o a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．- 2 8 - 2 ．5C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 2 9 。 3R e s e a r c ho nh y d r a u l i cp u n c h i n ga n t i r e f l e c t i o no fc o a lo u t b u r s tt e c h n o l o g y ⋯⋯．- 31 _ 3 ．1H y d r a u l i cp u n c h i n go u t b u r s tp r e v e n t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯一31 - I V C o n t e n t s 一一一 3 ．1 ．1T h ep r o c e s so f t h eh y d r a u l i cp u n c h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。31 - 3 ．1 ．2T h em e c h a n i c a la n a l y s i so f h y d r a u l i cp u n c h i n gb r e a k i n gc o a l ⋯⋯⋯- 3 2 - 3 ．2T h ea n a l y s i so fe l i m i n a t i n go u t b u r s tr i s kb yt h eh y d r a u l i cp u n c h i n g ⋯⋯⋯．。3 4 - 3 ．2 ．1T h ea f f e c to fc o a ls t r e s sd i s t r i b u t i o nb yh y d r a u l i cp u n c h i n g ⋯⋯⋯⋯．- 3 5 - 3 ．2 。2T h es e a i np e r m e a b i l i t yc h a n g e si nt h eh y d r a u l i cp u n s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯。3 6 3 ．3C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 3 8 - 4T h en u m e r i c a ls i m u l a t i o ns t u d yo f t h eh y d r a u l i cp u n s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。3 9 - 4 ．1T h es i m u l a t i o np r i n c i p l eo f A N S Y Ss o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。3 9 - 4 ．2H i g hp r e s s u r ew a t e rj e te r o s i o nn u m e r i c a ls i m u l a t i o no fc o a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 - 4 ．2 ．1A n a l o ga s s u m p t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 ‘ 4 ．2 ．2S i m u l a t i o np u r p o s e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 4 1 ’ 4 ．2 ．3A n a l o ge q u a t i o no fs t a t ea n dm a t e r i a lp a r a m e t e r ss e t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 4 1 - 4 ．2 ．4M o d e lB u i l d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 4 3 - 4 ．2 ．5S i m u l a t i o nr e s u l t sa n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．一4 4 _ 4 ．3N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fh y d r a u l i cp u n c h i n ga r o u n db e f o r ea n da f t e rh y d r a u l i c p u n s h i n gd r i l l i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 4 9 。 4 ．3 ．1A n a l o ga s s u m p t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 4 9 - 4 ．3 ．2S i m u l a t i o np u r p o s e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。4 9 。 4 ．3 ．3M o d e lB u i l d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 4 9 4 ．3 ．4M o d e lb o u n d a r yc o n d i t i o n sa n di n i t i a ls t r e s sf i e l d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 5 0 ‘ 4 ．3 ．5P a r a m e t e rs e l e c t i o na n ds o l u t i o np r o c e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 51 4 ．3 ．6T h es i m u l m i o nr e s u l t sa n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．- 5 1 4 ．4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 7 。 5S t u d yo ft h eQ i n g d o n gc o a lm i n er o o ft h eb o r e h o l eh y d r a u l i cp u n c h i n ge m l i n a t i n a t e o u t b u r s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 5 9 5 ．1T h eo v e r v i e wo fs t u d ya r e a ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 9 。 5 ．1 ．1T h eo v e r v i e wo f n u m b e r7c o a lm i n es e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- 5 9 - 5 ．1 ．2T h eQ i n g d o n gm i n e8 2m i n g i n gd i s t r i c tp r o f i l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 1 。 5 ．1 ．3M i n ev e n t i l m i o na n dg a s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 - 5 ．2T h eh y d r a u l i cp u n s h i n gi n d u s t r i a lf i e l dt r i a l s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．- 6 2 - 5 ．2 ．1H y d r a u l i cp u n s h i n gr e dt e s te q u i p m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。6 2 - 5 ．2 ．2H y d r a u l i cp u n c h i n gh o l ep l a c e m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 2 - V 安徽理工大学硕士学位论文 5 ．2 ．3T h e h y d r a u l i cp u n c h i n gi n d u s t r i a lf i e l dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ⋯．．- 6 3 - 5 ．3B o r e h o l eh y d r a u l i cp u n c h i n gr e g i o n a lp r e - m e a s u r e st h ee f f e c to ft e s tp u m p i n g r e m o v i n go u t b u r s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．6 5 - 5 ．3 ．1T h ea r r a n g e m e n to f t h et e s th o l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．一6 5 - 5 ．3 ．2T h ei n v e s t i g a t i o no f t h et e s th o l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 6 ． 5 ．3 ．3T h ei n v e s t i g a t i o no ft h ea m o u to fh y d r a u l i cp u n c h i n gr u s h e dc o a l ．．- 6 8 - 5 ．3 ．4T h e i n v e s t i g a t i o no ft h ec o n c e n t r a t i o no fg a se x t r a c t i o na