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寺河矿采动过程应力场、渗透率及瓦斯运移变化规律研究

作　者: 朱明阳
导　师: 倪小明
学　校: 河南理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 支承压力围岩破坏重复加-卸载渗透率瓦斯压力
分类号: TD712
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

查明煤炭开采过程中应力场、渗透率及瓦斯运移变化规律，是进行因势而导、有的放矢进行瓦斯治理措施实施的重要保障。地质条件的复杂性、采煤工艺的多样性、煤层属性的差异性使这些变化规律研究的难度加大。如何针对不同条件，探索出一条形之有效的方法，为工程实践提供理论指导是亟待解决的难题。本文以寺河矿4301工作面为研究对象，系统分析原始勘探开发资料基础上，有针对性的进行了瓦斯含量、瓦斯压力、渗透率测试计算，结合水力压裂测量地应力原理，得出研究区原始状态下地应力场、瓦斯含量、瓦斯压力和渗透率空间展布规律；实验室进行煤层顶板不同岩性下的力学实验，结合关键层理论，得出研究区主关键层和亚关键层的位置；根据Flac3D模拟软件特点和原始储层特征，模拟了不同推进距离、不同推进速度、不同采高下应力场的变化规律，结果表明：支承压力峰值与推进距离呈线性关系，推进距离增加支承压力峰值增加，峰值位置变化不大，围岩破坏范围增加。采高增加支承压力峰值先增加后减小直至趋于稳定，峰值位置远离工作面煤壁，围岩破坏范围增加。推进速度增加支承压力峰值增加，峰值位置向工作面煤壁靠近，围岩破坏范围增大；在实验条件下进行了不同围压、重复加-卸载条件下的煤岩渗透率试验，建立了应力-应变-渗透率关系，结果表明：应变-渗透率曲线与应力-应变曲线相比具有“滞后”性，在塑性变形卸载阶段，煤体的渗透率发生质的变化，卸载后渗透率是卸载前的2-20倍；应用Flac3D渗流模型结合原始状态下煤层瓦斯赋存状况对采动影响煤层内瓦斯扩散进行模拟分析发现，随着时间增加瓦斯扩散面积增大。系统分析支承压力的基础上，结合瓦斯压力变化曲线，建立支承压力和瓦斯压力变化关系，结果表明：瓦斯压力变化曲线变化趋势相似于支承压力变化曲线，瓦斯压力峰值多处于应力升高区。可见通过研究采动应力、煤体渗透率及瓦斯运移变化规律可为工作面瓦斯抽放、合理布置钻孔提供参考。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-21
  1.1 选题的意义及依据  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
  1.3 主要研究内容  17-18
  1.4 研究方法和技术路线  18-19
  1.5 创新点  19-21
2 原始状态下煤储层特征  21-29
  2.1 井田位置交通及范围  21-22
    2.1.1 井田位置  21
    2.1.2 井田范围  21-22
  2.2 煤层厚度空间展布规律  22-23
  2.3 原始状态下寺河矿地应力特征  23-25
    2.3.1 水力压裂测量地应力原理  23
    2.3.2 地应力计算  23-25
  2.4 煤储层裂隙渗透率特征  25-26
  2.5 煤层瓦斯压力  26-28
  2.6 本章小结  28-29
3 采动过程应力变化规律研究  29-61
  3.1 煤岩力学参数测试  29-32
    3.1.1 主要设备及仪器  29-30
    3.1.2 单轴抗压强度、弹性模量测定  30-31
    3.1.3 岩石粘聚力及内摩擦角  31-32
  3.2 顶底板岩性理论分析  32-37
    3.2.1 上覆岩层结构特征  32-33
    3.2.2 直接顶结构分析  33-36
    3.2.3 采场底板破坏深度  36
    3.2.4 老顶结构分析  36-37
  3.3 采动应力计算分析  37-41
  3.4 数值建模及参数的确定  41-44
    3.4.1 Flac3d 的简介  41
    3.4.2 计算模型与基本参数  41-44
  3.5 数值分析  44-57
    3.5.1 推进距离对应力分布及围岩破坏特征的影响  44-49
    3.5.2 采高对应力分布及围岩破坏特征的影响  49-54
    3.5.3 掘进速度对应力分布及围岩破坏特征的影响  54-57
  3.6 工作面应力分布观测  57-59
  3.7 本章小结  59-61
4 采动影响下煤体渗透率变化规律研究  61-71
  4.1 含瓦斯煤岩体力学特征  61-62
  4.2 含瓦斯煤岩体渗透率影响因素  62
  4.3 煤体渗透率的实验  62-69
    4.3.1 试验原理及实验装置  62-63
    4.3.2 试验方法  63
    4.3.3 常规三轴应力条件下加载渗透率变化规律  63-66
    4.3.4 重复加—卸载渗透率的特征  66-69
  4.4 支承压力对煤体渗透率的影响  69-70
  4.5 本章小结  70-71
5 采动影响下煤层瓦斯运移规律研究  71-85
  5.1 煤层瓦斯运移理论分析  71-74
  5.2 煤层瓦斯扩散数值分析  74-77
  5.3 支承压力对瓦斯压力的影响分析  77-81
    5.3.1 不同推进距离支承压力和瓦斯压力的关系  77-79
    5.3.2 不同开采高度支承压力和瓦斯压力的关系  79-81
  5.4 工作面瓦斯浓度及涌出量观测  81-83
  5.5 本章小结  83-85
6 结论与展望  85-87
  6.1 结论  85-86
  6.2 展望  86-87
参考文献  87-91
作者简历  91-93
学位论文数据集  93

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