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近距离煤层群采动煤岩渗透特性演化规律与实测方法研究

作　者: 季文博
导　师: 康立军; 王家臣
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 采矿工程
关键词: 采动裂隙场近距离煤层群示踪气体渗透率透气性系数
分类号: TD712
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

针对我国大部分矿区煤层具有渗透性低、透气性差，实际生产过程中具有进行地面钻井直接抽采和预抽采煤层气效果不佳的困难，利用在煤炭开采过程中，采动影响范围大、压力释放充分、采动裂隙发育，有利于煤层气解吸等特点，通过理论分析、计算推导、实验室相似模拟和数值模拟等方法，在前人研究单一煤层开采煤岩体裂隙发育规律的基础上，针对近距离煤层群煤岩整体结构，研究其受采动影响下各个煤层的渗透特性变化情况与规律，通过多种监测手段并行结果互衍的方式，弄清近距离煤层群保护层开采后瓦斯的真正来源及通道，并在此基础上定量化地研究煤岩整体结构中的瓦斯储运规律。本文通过大量的现场实测数据和示踪气体分析的方法，在井下工程现场测试煤层群开采过程中，卸压煤层不同卸压区域随保护层开采工作面推进的渗透率变化情况以及瓦斯分源瓦斯涌出分析。探索形成新型的渗透率和采动裂隙时空演化规律监测手段，能够预测检验并修正瓦斯储运规律，为选择更合理的瓦斯防治技术，也为煤与瓦斯协调共采特供了理论与实践依据。

全文目录

摘要  6
Abstract  6-7
详细摘要  7-9
Extended Abstract  9-15
1 绪论  15-35
  1.1 研究背景及意义  15-18
  1.2 国内外研究现状  18-29
    1.2.1 采动围岩破坏及裂隙演化规律研究现状  18-19
    1.2.2 瓦斯流动理论和瓦斯运移规律研究现状  19-24
    1.2.3 煤岩体渗透性变化规律与测定研究现状  24-26
    1.2.4 应力场、裂隙场与瓦斯流动场多场耦合研究现状  26-28
    1.2.5 采动裂隙带现场实地探测技术现状  28-29
  1.3 论文的主要研究内容  29-32
    1.3.1 研究现状中发现的问题  29-31
    1.3.2 本文的主要研究内容、方法与技术路线  31-32
  1.4 工业现场的基本条件  32-35
2 采场底板岩体应力理论计算  35-45
  2.1 工作面支承压力分布  35-36
  2.2 力学模型的建立  36-39
    2.2.1 初采期间底板应力计算模型  37-38
    2.2.2 正常回采期间底板应力计算模型  38-39
  2.3 底板岩体内应力计算  39-45
    2.3.1 初采期间底板岩体内应力计算  39-41
    2.3.2 正常回采期间底板岩体应力计算  41-45
3 沙曲矿煤层瓦斯赋存基本规律研究  45-73
  3.1 煤层瓦斯基础参数测定及分析  45-53
    3.1.1 瓦斯含量测定  45-47
    3.1.2 百米钻孔瓦斯流量及流量衰减系数  47-49
    3.1.3 煤层透气性系数测定  49
    3.1.4 煤的工业分析及瓦斯吸附常数  49-50
    3.1.5 煤的坚固性系数测试  50-52
    3.1.6 瓦斯放散初速度  52-53
  3.2 煤岩孔隙与微观结构分析  53-62
    3.2.1 煤中孔隙的分类  54
    3.2.2 煤微孔隙研究  54-56
    3.2.3 煤岩微观结构  56-62
  3.3 沙曲矿煤层瓦斯赋存基本规律  62-71
    3.3.1 煤层瓦斯生、储、盖条件  62-66
    3.3.2 煤层瓦斯沿倾向分布规律  66-70
    3.3.3 煤层瓦斯含量沿走向分布规律  70
    3.3.5 煤层瓦斯含量梯度与瓦斯风化带  70-71
  3.4 本章小结  71-73
4 卸压煤层瓦斯抽采效果分析及相关实验室实验  73-93
  4.1 现场实验条件概述  73-75
  4.2 游离瓦斯量的计算与卸压瓦斯抽采效果分析  75-84
    4.2.1 煤体采动卸压变形量和瓦斯解吸量的分析与计算  75-77
    4.2.2 不同卸压条件煤体孔隙度、瓦斯压力等参数实测  77-82
    4.2.3 卸压瓦斯抽采技术的现场效果验证  82-84
  4.3 煤岩体透气性变化规律与声发射特征对照实验  84-93
    4.3.1 实验方法与设备  84-87
    4.3.2 还原工程实际状态的煤样加卸载试验  87-89
    4.3.3 煤样加卸载过程渗透率与声发射特征对照  89-90
    4.3.4 工程验证与结论  90-93
5 示踪气体测量煤体渗透率与瓦斯来源分析的现场试验  93-111
  5.1 测试原理与方案  93-96
  5.2 煤体渗透率测试及结果分析  96-109
  5.3 本章小结  109-111
6 煤岩体卸压及透气性系数变化规律模拟实验  111-139
  6.1 沙曲矿保护层开采概况  111-112
  6.2 沙曲矿保护层开采数值模拟技术研究  112
  6.3 煤岩体卸压及透气性系数变化规律数值模拟  112-124
    6.3.1 FLAC 简介  112-113
    6.3.2 3#煤保护层长壁开采卸压程度数值模拟研究（采厚 1300mm）  113-117
    6.3.3 3#煤保护层螺旋钻采卸压程度数值模拟研究  117-118
    6.3.4 3#保护层钻采和长壁开采方式对被保护层作用分析比较  118-120
    6.3.5 4#保护层开采卸压程度数值模拟研究  120-124
  6.4 相似材料模拟实验  124-137
    6.4.1 实验目的与内容  124
    6.4.2 实验准备及实验步骤  124-129
    6.4.3 实验操作  129-130
    6.4.4 实验数据整理及分析  130-136
    6.4.5 实验总结  136-137
  6.5 本章小结  137-139
7 结论与展望  139-143
  7.1 主要结论  139-141
  7.2 主要创新点  141-142
  7.3 研究展望  142-143
参考文献  143-149
致谢  149-151
作者简介  151
攻读博士学位期间主要参与科研项目及发表论文情况  151

近距离煤层群采动煤岩渗透特性演化规律与实测方法研究

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