新集二矿A1煤层水力冲孔技术研究.pdf

中图分类号工旦2 1 3 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 新集二矿A 1 煤层水力冲孔技术研究 作者姓名割丞江 专业名称塞全型堂皇王猩 研究方向通凰生窒调王捏 导师姓名戴亡蕉敦攫 导师单位篚返皇塞全堂院 答辩委员会主席周廑江 论文答辩日期2 0 1 5 年6 月7 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 5 年6 月1 0 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nS a f e t yS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g J I I I I I II I I II I I I IP l I I I IIr llI I I I I II I I I I Y 2 7 6 8 2 4 5 S t u d yo nH y d r a u l i cF l u s h i n gi nA 1C o a lS e a mo f N O ．2m i n eX i n j i C a n d i d a t e L i uY o n g - ji a n g 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 e 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 01 ，E R ．C H I N A 万方数据 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 含为获得安徽理工大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。 学位论文作者签名到盎兰曼 曰期江蛭年鱼月丛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解安徽理工大学有保留、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 单位属于安徽理工大学。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 ．1 、 学位论文作者签名灭影阳弋；L 签字日期如砗／月／了日 导师签 签字日期少解／月／。日 万方数据 摘要 摘要 本文针对新集二矿A 1 煤层低透气性、夹矸层特点，采用理论分析、数值模 拟和现场考察相结合的方法，对水力冲孔技术进行研究。对A 1 煤层进行测算并 得到了相关的基础参数；引入了高压水射流破煤的5 个主要理论和水力冲孔过程 中水射流破煤的3 个过程，并对A 1 煤层的水力冲孔卸压增透机理进行深入分析， 结果表明水力冲孔改变了煤层应力状态，增加了透气性，对夹矸煤层具有卸压 增透的作用；借助R F P A 数值模拟软件，建立不同的水力冲孔数值模拟模型，根 据垂压、孔径、煤体强度、夹矸层厚度等不同的影响因素进行模拟分析，结果表 明不同的影响因素对水力冲孔有不同的影响。以A l 煤层水力冲孔试验为研究 对象，建立水力冲孔模型进行分析，结果表明其卸压范围为6 m 左右，并在现场 试验中得以考察，两者基本一致。在A 1 煤层进行的水力冲孔技术试验研究中， 说明了水力冲孔的钻孔布置，详细记录了水力冲孔的冲孔过程，考察分析了该措 施实施后的效果，结果表明在实施水力冲孔措施后，原钻孔直径扩大到8 1 4 m m ， 增加了7 ．2 0 倍，煤层瓦斯抽采浓度提高了1 1 ．8 5 倍，纯量提高了2 4 ．1 倍，影响 半径扩大到5 ～7 m ，残余瓦斯含量降低到1 ．9 4 m s ／t 、3 ．2 4m 3 ／t ，煤层透气性系数提 高了3 0 4 3 倍。 综上所述，利用水力冲孔技术能够降低瓦斯压力和瓦斯含量，减弱煤与瓦斯 突出危险性，提高钻孔瓦斯抽采效率，起到良好的卸压增透作用。 图[ 6 1 ] 表[ 2 3 ] 参[ 6 7 】 关键字水力冲孔；卸压增透；数值模拟瓦斯抽采；水射流夹矸层 分类号T D 7 1 3 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t I nt h i sp a p e r , d u et ot h el o wp e r m e a b i l i t yo fc o a ls e a ma n dg a n g u es e a mo fA1 c o a ls e a mN O ．2c o a lm i n eX i n j i ，c o m b i n e dt h e o r e t i c a la n a l y s i s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n a n df i e l dt e s t ，s t u d yo nh y d r a u l i cf l u s h i n gt e h n o l o g y ．T h ec o r r e l a t e db a s i cp a r a m e t e r s o ft h eA 1c o a ls e a mw e r ec a l c u l a t e d ．T h e5m a i nt h e o r i e so fh i g h - p r e s s u r ew a t e r j e tb r e a k i n g c o a la n dt h e3p r o c e s so fh y d r a u l i cf l u s h i n gp r o c e s so fw a t e rj e t b r e a k i n gc o a lw e r ei n t r o d u c e d ，t h em e c h a n i s mo fp e r m e a t i o ni m p r o v e m e n ta n d p r e s s u r er e l e a s e 稍t hh y d r a u l i cf l u s h i n gm e a s u r ew a sp u tf o r w a r da n da n a l y z e d ， r e s u l t si n d i c a t et h a th y d r a u l i cf l u s h i n gc h a n g e dt h es t r e s ss t a t eo ft h ec o a ls e a m ，a n d i n c r e a s e dg a sp e r m e a b i l i t y , h a dap e r m e a t i o ni m p r o v e m e n ta n dp r e s s u r er e l e a s ee f f e c t o nc o a ls e a m 谢t 1 1g a n g u e ；W i t hR F P An u m e r i c a ls i m u l a t i o ns o f t w a r e ，d i f f e r e n t h y d r a u l i cf l u s h i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm o d e l sw e r ee s t a b l i s h e d ，u n d e rd i f f e r e n t f a c t o r so fv e r t i c a lp r e s s u r e ，p o r es i z e ，s t r e n g t ho fc o a lb o d y , t h i c k n e s so fg a n g u es e a m t os i m u l a t i o na n a l y s i s ，r e s u l t si n d i c a t et h a td i f f e r e n ti n f l u e n c ef a c t o r sh a v ed i f f e r e n t i n f l u e n c eo nh y d r a u l i cp u n c h i n g ；H y d r a u l i cf l u s h i n gn u m e r i c a ls i m u l a t i o nm o d e lw a s e s t a b l i s h e d ，w h i c ht a k eA 1c o a ls e a ma st h er e s e a r c ho b j e c t ，r e s u l t ss h o wt h a tt h e p r e s s u r er e l i e fr a n g ew a sa b o u t6 m ，w h i c hw a ss t u d yi nt h ef i e l dt e s tt h a tb o t ha r e b a s i c a l l yt h es a m e ．I nt h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo fh y d r a u l i cf l u s h i n gt e c h n o l o g yi nc o a l s e a mA 1 ，i l l u s t r a t e dt h ea r r a n g e m e n to fh y d r a u l i cf l u s h i n gd r i l l s ，r e c o r d e dt h ep r o c e s s o fh y d r a u l i cf l u s h i n gi nd e t a i l ，I n v e s t i g a t e da n da n a l y z e do ft h ee f f e c to ft h em e a s u r e i m p l e m e n t e d ．R e s u l t si n d i c a t et h a ta f t e rt h ei m p l e m e n t a t i o no fh y d r a u l i cf l u s h i n g m e a s u r e s ，o r i g i n a lh o l ed i a m e t e re x p a n d e dt o8 14 m m ，a ni n c r e a s eo f7 ．2 0t i m e s ， c o n c e n t r a t i o no f g a s e x t r a c t i o ni n c r e a s e db y11 ．8 5t i m e s ，s c a l a r i n c r e a s e db y2 4 ．1t i m e s ，i n f l u e n c er a d i u se x t e n d e dt o5 - 7 m ，r e s i d u a lg a sc o n t e n t r e d u c e dt o1 ．9 4 m 3 ／t ，3 ．2 4r n V t ，c o a ls e a mp e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n ti n c r e a s e db y3 0t o 4 3t i m e s ． I nc o n c l u s i o n ，h y d r a u l i cf l u s h i n gm e a s u r eC a nb eu s e dt or e d u c et h eg a sp r e s s u r e a n dg a sc o n t e n t ，l o w e rc o a la n dg a so u t b u r s th a z a r de f f e c t i v e l y , i m p r o v et h ed r i l l i n g e f f i c i e n c yo fg a se x t r a c t i o n ，p l a yag o o dr o l ei np e r m e a t i o ni m p r o v e m e n ta n dp r e s s u r e r e l e a s e ． T a b ．[ 6 1 ] F i g ．[ 2 3 ] R e f e r e n c e [ 6 7 ] 万方数据 摘要 K e y w o r d s H y d r a u l i cf l u s h i n g ；P e r m e a t i o ni m p r o v e m e n ta n dp r e s s u r er e l e a s e ； N u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；G a se x t r a c t i o n ；W a t e rje t ；G a n g u es e a m C h i n e s eb o o k s c a t a l o g T D 7 13 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 研究背景和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．1 煤层增透技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．2 ．2 水力冲孔发展概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 研究内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 试验煤层基础参数测算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 试验矿井基本概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2 瓦斯基础参数的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 ．1 煤层瓦斯压力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 ．2 煤层瓦斯含量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．3 煤层瓦斯流量衰减系数和透气性系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．2 ．4 煤层瓦斯原始抽采半径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．3 煤体力学参数测算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．3 ．1 煤体坚固性系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．3 ．2 煤体力学参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 水力冲孔作用卸压增透机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 高压水射流破煤理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2 水力冲孔破煤过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．3 水力冲孔的卸压增透机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．3 ．1 改变A 1 煤层的受力状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 ．2 扩大A 1 煤层的卸压范围⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．3 _ 3 增加A 1 煤层的透气性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．3 ．4 夹矸煤层水力冲孔特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 4 水力冲孔数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 4 ．1R F P A 软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4 ．1 ．1R F P A 软件图形界面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．1 ．2R F P A 计算流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．1 ．3R F P A 计算特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 渗流应力与渗流一损伤耦合方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．2 ．1 渗流一应力耦合方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．2 ．2 渗流一损伤耦合方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．3 水力冲孔模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 ．1 水力冲孔建模基本原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 ．2 水力冲孔卸压增透机理数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 ．3 水力冲孔卸压范围的数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 6 5 水力冲孔技术试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．1 水力冲孔试验条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．1 ．1 通风安全条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．1 ．2 水力冲孔试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 水力冲孔措施的实施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 ．1 水力冲孔钻孔布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 ．2 水力冲孑L 冲孔过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．3 水力冲孔效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 ．1 出煤量效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 ．2 瓦斯抽采浓度分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 5 ．3 ．3 瓦斯抽采纯量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．6 2 S ．3 ．4 水力冲孔影响半径⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．3 ．5 残余瓦斯含量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 ．3 ．6 煤层透气性系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 6 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 致{ 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 V 万方数据 目录 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 C o n t e n t s A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 R e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．。1 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 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．1R e s e a r c ho f p e r m e a t i o ni m p r o v e m e n ti n c o a ls e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．2 ．2D e v e l o p m e n to f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3R e s e a r c hc o n t e n ta n f t e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 ．1R e s e a r c hc o n t e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．；．2T e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2B a s i cp a r a m e t e r se s t i m a t e so f t e s ts e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1B a s i ci n t r o d u c t i o no f t e s tm i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．2M e n s u r a t i o no f b a s a lg a sp a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 2 ．2 ．1G a sp r e s s u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 2 ．2 ．2G a sc o n t e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．2 ．3G a sa t t e n u a t i o nc o e f f i c i e n ta n dp e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n t ⋯⋯⋯．．1 5 2 ．2 ．4P r i m i t i v ed r a i n a g er a d i u s m e i t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 2 ．3M e a s u r e m e n to f m e c h a n i c a lp a r a m e t e r so f c o a lb o d y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．3 ．1C o a lf i r m n e s sc o e f f i c i e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．3 ．2M e c h a n i c a lp a r a m e t e r so f c o a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 2 ．4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3S t u d yo nm e c h a n i s mo f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．1T h e r o yo f c o a lb r e a k i n g 谢ml l i 曲p r e s s u r ew a t e r j e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．2P r o c e s so f c o a lb r e a k i n g 、 ，i t l lh y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．3M e c h a n i s mo fp e r m e a t i o ni m p r o v e m e n ta n dp r e s s u r er e l e a s ew i t h h y d r a u l i cf l u s h i n g ．⋯⋯．．⋯⋯．．．．⋯．．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯．．⋯⋯2 8 3 - 3 ．1C h a n g eo f s t r e s ss t a t eo f A lc o a ls e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．3 ．2E x p a n s i o nt h es c o p eo f p r e s s u r er e l i e f o f A lc o a ls e a m ⋯⋯⋯⋯．2 9 3 ．3 ．3I n c r e a s eo f p e r m e a b i l i t yo f A lc o a ls e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 3 ．3 ．4C h a r a c t e r i s t i c so f h y d r a u l i cf l u s h i n gi nc o a ls e a mw i t hg a n g u e ．3 1 3 。4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31 V I 万方数据 目录 4S t u d yo nn u m e r i c a ls i m u l a t i o no f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．1I n 仃o d u c f i o no f R F P As o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 4 ．1 ．1G r a p h i ci n t e r f a c eo f R F P A ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 4 ．1 ．2C a l c u l a t i o nf l o wo f R F P A ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 4 ．1 ．3C a l c u l a t i n gc h a r a c t e r i s t i c so fR F P A ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2P e r m e a t e - - s t r e s sa n dp e r m e a t e - - - d e s t r u c t i o nc o u p l e de q u a t i o n ⋯⋯⋯．．3 6 4 ．2 ．1P e r m e a t e - - - s t r e s sc o u p l e de q u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．2 ．2P e r m e a t e - - - - d e s t r u c t i o nc o u p l e de q u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．3S i m u l a t i o na n a l y s i so f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．3 ．1B a s i cp r i n c i p l e so ft h em o d e l i n go fh y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯．．39 4 ．3 ．2N u m e r i c a ls i m u l a t i o no fp e r m e a t i o ni m p r o v e m e n ta n dp r e s s u r e r e l e a s em e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．3 ．3N u m e r i c a ls i m u l a t i o no f m l i e f r a n g e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 5E x p e r i m e n t a ls t u d yo nh y d r a u l i cf l u s h i n gt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 7 5 ．1E x p e r i m e n tc o n d i t i o no f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．1 ．1C o n d i t i o n so f v e n t i l a t i o ns a f e t y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．1 ．2E q u i p m e n to f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．5 8 5 ．2I m p l e m e n t a t i o no f h y d r a u l i cf l u s h i n gm e a s u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 ．1L a y o u to f t h ed r i l l i n g s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 9 5 ．2 ．2P r o c e s so f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 5 ．3E f f e c t i v e n e s sa n a l y s i so f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 ．1E f f e c t i v e n e s sa n a l y s i so f c o a lo u t p u t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 5 ．3 ．2A n a l y s i so f c o n c e n t r a t i o no f t h eg a se x t r a c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 2 5 ．3 ．3A n a l y s i so f s c a l a ro f t h eg a se x t r a c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．3 ．4I n f l u e n c er a d i u so f h y d r a u l i cf l u s h i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 5 ．3 ．5R e s i d u a lg a sc o n t e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5 ．3 ．6C o a ls e a mp e r m e a b i l i t yc o e f f i c i e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 ．4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 6C o n c l u s i o na n dp r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 7 6 ．1C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 6 ．2P r o s p e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 8 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 R e f e r e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 9 A c k n o w l e d g e m e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 3 R e s u m eo fa u t h o ra n dm a i ns c i e n t i f i cr e s e a r c hd u r i n gt h eg r a d u a ts c h 0 0 1 ．．．．．．．．．．7 4 万方数据 1 绪论 1 绪论 1 ．1 研究背景和意义 伴随我国经济的持续发展，国内工业以及民用对于能源的需求量不断增长。 为了建设和谐社会，推动经济的可持续发展，我国逐渐对产业结构进行调整，虽 然新能源包括风能、太阳能、核聚变能等发展迅速，但是煤炭工业依然是工业发 展的基础。在能源中长期发展规划纲要 2 0 0 4 - 2 0 2 0 年 中明确指出，我国 的能源战略仍然是以坚持煤炭为主体的。我国能源结构的特点是“富煤、贫油、 少气”，自新中国成立以来，煤炭在我国所有一次能源消耗中所占比例一直保持 在较高水平。有关资料显示，预计到2 l 世纪2 0 年代中国国内煤炭消费占一次能 源消耗比例应为6 3 ％左右，即使在5 0 年代，煤炭所占的比例依然可以达到5 0 ％ 以上【1 - 3 】。 中国不只是煤炭消耗大国，更是一个产煤大国。2 0 0 8 年原煤总产量达到2 7 ．9 亿吨，2 0 0 9 年原煤总产量达到3 0 ．5 亿吨，2 0 1 0 年原煤总产量达到3 2 ．4 亿吨，2 0 1 1 年原煤总产量达到3 5 ．2 亿吨，2 0 1 2 年原煤总产量达到3 6 ．6 亿吨，2 0 1 3 年原煤总 产量达到3 7 亿吨[ 4 】。我国绝大多数煤矿属于井工开采‘5 1 。随着煤炭需求的增加， 我国绝大部分煤矿已经进入深部开采，并且开采深度以较快的速度不断向下延 伸，采掘强度的也越来越大。同时受到煤层地质赋存以及采掘技术的发展等客观 条件的制约，煤炭的安全、高效、绿色生产受到很大程度的影响，矿井灾害日益 严重，特别是煤与瓦斯突出事故。有关资料显示【6 】，2 0 0 1 ～2 0 0 9 年全国共发生煤 与瓦斯突出事故共3 5 9 起，死亡人数为2 0 4 9 人，平均每起煤与瓦斯突出事故死 亡5 ．7 0 人；仅2 0 1 0 年我国煤矿共发生事故1 4 0 3 起，死亡人数2 4 3 3 人，其中特 大事故2 4 起【‘7 】．2 0 1 1 年我国煤矿共发生事故1 2 0 1 起，造成1 9 7 3 人死亡，分别 下降了1 4 ．4 0 ％、1 9 ．0 ％t 8 ’9 】。由此可以看出，虽然煤矿事故起数和伤亡人数均有 所减少，但是我国煤矿安全生产形势依然较为严峻，不容忽视，特别是瓦斯是影 响我国煤矿安全生产的一个重要因素。 在煤矿灾害事故中，煤与瓦斯突出事故是矿井中重要的动力灾害。随着煤矿 逐步进入大采深阶段，煤层所受的地应力随着煤层的深度不断增加，瓦斯压力越 来越大，煤层及围岩的透气性急剧下降，深部的瓦斯向地表运移更加困难[ 1 0 。1 3 】， 这些因素都为瓦