黄沙矿上保护层开采卸压释放作用研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
研究上保护层开采对高瓦斯或具有突出倾向煤层的卸压释放作用,对于解决高瓦斯或具有突出倾向煤层的开采具有1分重要的意义。针对峰峰集团黄沙矿的实际情况,本文以实验室试验为基础,从煤岩力学性质研究入手,利用开发设计的含瓦斯煤力学试验系统并配合MTS815岩石力学试验系统,对含瓦斯煤的力学性质、煤样全应力应变过程的瓦斯流动特性、卸围压和卸轴压时煤样内的瓦斯流动特性进行了研究,获得了不含瓦斯和含有瓦斯后煤样力学性质的不同、含瓦斯煤卸载时力学性质的演化规律:利用FLAC3D进行了研究对上保护层开采时的卸压释放作用,得到了上保护层开采时对其顶、底板岩层产生的卸压作用,并对被保护层受到的卸压释放进行了系统研究,揭示了上保护层开采对被保护层卸压释放的规律特性;以此为基础,利用数值软件CFD-fluent6.23对卸压释放后的煤岩体内瓦斯运移特性分均匀影响和非均匀影响两种情况进行了数值模拟研究。
It will have an enormously significant to investigate on up-protective layer mining for pressure relief of high gas or outburst tendency coal seam. According to actual conditions of HuangSha mine of FengFeng group, this paper based on laboratory tests and started with rock mechanics properties of coal, then evolution laws of mechanical properties when gas-filled coal samples unloading and different mechanical properties of coal samples when it filled gas and none gas were obtained by studied characters of gas moving in two aspects of coal samples, one aspect was coal specimens in complete stress-strain process and the other one was the samples in conditions during unloading of confining and axial pressure. And all data were acquired by gas-filled coal mechanical testing system which was in-house development design and combined with MTS815 rock mechanics test system. The up-protective layer mining for pressure relief of roof and floor was studied by the approach of FLAC3D and systematic study for the pressure release of protected seam was performed, patterns and characteristics of pressure relief of protected seam that influenced by up-protective layer mining were revealed. Based on these, two different conditions of uniform and non-uniform of gas moving features in the case of pressure release in coal-rock were researched by the numerical software of CFD-fluent 6.23.
引文
[1]刘东霖,张俊瑞.我国能源消费需求的时变弹性分析[J].中国人口.资源与环境,2010,20(2):92-97.
    [2]周总瑛,张抗,周庆凡.中国能源消费特征与发展战略分析[J].资源产业,2001,(5):25-27.
    [3]史丹.产业结构变动对能源消费需求的影响[J].数量经济技术经济研究,1999,(12):50-52.
    [4]何满潮,谢和平,彭苏萍,等.深部开采岩体力学及工程灾害控制研究[J].煤矿支护,2007,(3):1-13.
    [5]靖洪文.深部巷道破裂围岩位移分析及应用[博士学位论文][D].徐州:中国矿业大学,2001.
    [6]翟新献,李化敏.深井软岩巷道围岩变形特性的研究[J].煤,1995,4(5):24-26.
    [7]李鑫,齐庆杰,刘萍.煤矿瓦斯灾害防治研究进展[J].煤炭技术,2009,28(1):1-4.
    [8]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.
    [9]魏二剑,田坤云,张群.近距离保护层开采对被保护层防突效果分析[J].煤炭科技,2010,(4):80-82.
    [10]胡千庭.煤矿瓦斯抽采与瓦斯灾害防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,2007.
    [11]尚书海,赵军凯,付京斌,等.峰峰煤矿瓦斯煤尘防治技术[M].煤炭工程出版社,2006.
    [12]邹奎业.中梁山煤矿解放层开采[J].中煤科技.1980.(2):42-43.
    [13]谭学术,肖勤学,吴泽源.上解放层释放范围的力学分析[J].煤炭学报,1988,13(2):25-31.
    [14]胡国忠.急倾斜多煤层俯伪斜上保护层开采的关键问题研究[D].重庆,2009.
    [15]黄旭超.祁东煤矿远距离上保护层开采保护效果分析[J].煤炭科学技术,2010,38(10):59-61.
    [16]姜利民,曹学军.新庄孜矿52210工作上保护层开采技术研究[J].煤炭技术,2010,29(6):64-66.
    [17]周世宁,赵文华,张仁贵.煤与瓦斯卸压共采理论及在乌兰矿的应用[J].西北煤炭,2006,4(4):14-17.
    [18]IO.H.马雷舍夫,A.T艾鲁尼,(?).(?).胡金等.煤与瓦斯突出预测方法和防治措施[M].北京:煤炭工业出版社,2004.
    [19]王文.远距离下保护层开采卸压增透特性研究[D].河南焦作:河南理工大学,2009.
    [20]吴海进.高瓦斯低透气性煤层卸压增透理论与技术研究[D].江苏徐州:中国矿业大学,2009.
    [21]Paterson, L.. A model for outburst in coal[J].Int. J. Rock Mech. Min.Sci. Geomech Abstr,1986,(23):327-332.
    [22]付建华.煤矿瓦斯灾害防治理论研究与工程实践[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.
    [23]洪松,俯伪斜下保护层开采保护范围的现场考察分析[J].矿业安全与环保,201O,37(4):71-73.
    [24]韩颖,蒋承林.初始释放瓦斯膨胀能与煤层瓦斯压力的关系[J].中国矿业大学学 报,2005,34(5):650-654.
    [25]于不凡.开采解放层的认识与实践[M].北京:煤炭工业出版社.1986.
    [26]罗勇,祁琦.煤层群多重开采上保护层防突研究[J].防灾减灾工程学报,2005,25(3):244-250.
    [27]袁亮,刘泽功.淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术研究[J].煤炭学报,2003,28(2):149-152.
    [28]Clark 1 H. Boyd,G.L. Geologic controls on coalbed methane accumulations [A]. Lama, R.D.(Ed), Management and control of high gas outbursts in underground coal mines[c]. Westonprint, Kiama,NSW, Austalia,1995.369-374.
    [29]刘社虎,白如鸿,左胜华.神府矿区杨伙盘井田煤层赋存特征[J].陕西煤炭,2008,(2):27-29.
    [30]赵隆业.煤层地质基础[M].北京:地质出版社,2000.
    [31]范根庆,万天培,彭贵银.天府矿务局瓦斯资源和利用[J].煤气‘j热力,1994,(S1):66-71.
    [32]洪宗贵.南桐矿务局瓦斯资源和利用[J].煤气与热力,1994,(S1):53-56.
    [33]高祥.保护层开采的保护范围和效果的研究[J].煤炭技术,2004,23(9):9-12.
    [34]何满潮,谢和平.彭苏萍,等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与上程学报,2005,24(16):2803-2813.
    [35]Biot MA. General solution of the equqtion of elasticity and consolidation for porous material.J.Appl,Phys.,1956.
    [36]Tsang YW and Witherspoon PA. Hydrromrchanical behavior of a deformable rock fracture subject to normal stress.J.Geophys.Research,1981.
    [37]孙培德,鲜学福.上保护层保护范围的固气耦合分析[J].煤.1999,(1):36-39.
    [38]赵阳升.矿山岩石流体力学[M].北京:煤炭工业出版社,1994.
    [39]马大勋.关于上保护层的实验研究与探讨[J].煤炭学报.1986,11(3):1-8.
    [40]钱鸣高,缪协兴.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.
    [41]Kelsall,P.C.,Case,J.B.,Chabames,C.R.,Evaluationl of Excavation-induced Changes in Rock Permeability, Int.J.Rock Mech.Min.Sci.&Geomech.Abstr.,Vol.21,No.3,1984,p 123-135.
    [42]石必明,俞启香.远距离保护层开采煤岩移动变形特性的试验研究[J].煤炭科学技术,2005,33(2):39-42.
    [43]唐春安,徐曾和,徐小荷.岩石破裂过程分析RFPA2D系统在采场上覆岩层移动规律研究中的应用[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),1999,1.8(5):456-458.
    [44]王宏图,杜云贵,鲜学福,等.地球物理场中的煤层瓦斯渗流方程[J].岩石力学与工程学报,2002,21(5):644-646.
    [45]刘林.开采保护层保护效果及范围的数值模拟研究[J].矿业安全与环保,2005,32(6):6-10.
    [46]Elsworth,D.&Doe,T.W.,Application of Non-linear Flow Laws in Determining Rock Fissure Geometry From Single Borehole Pumping Tests,Int.J.Rock Mech.Min.Sci.&Geomech.Abstr., Vol.23,No.3,p245-254,1986.
    [47]Elsworth,D.&Goodman.R.E.,Characterization of Rock Fissure Hydraulic Conductivity Using idealized Wall Roughness Profiles,Int.J.Rock Mech.Min.Sci.&Geomech.Abstr..Vol.23,No.3. p233-243,1986(b).
    [48]刘海波,程远平,宋建成,等.极薄保护层钻采上覆煤层透气性变化及分布规律[J].煤炭学报,2010.35(3):411-416.
    [49]胡耀青,赵阳升,魏锦平,等.三维应力作用下煤体瓦斯渗透规律实验研究[J].西安矿业学院学报,1996,16(4):308-3]1.
    [50]Barton,N.,Bandis,S.,Bakhtar,K.,Strength,Deformation and Conductivity Coupling of Rock Joints,Int.J.Rock Mech.Min.Sci.&Geomech.Abstr.,Vol.22,No.3,1985,p 121-140.
    [51]Raven,K..G.,Gale,J.E.,Water Flow in a Nutured Rock Fracture as Function of Stress and Sample Size,Int.J.Rock Mech.Min.Sci.&Geomech.Abstr.,Vol.22,No.4,1985,p251-261.
    [52]刘杰,李建林,张玉灯.等.循环载荷下岩体能量特征及变形参数分析[J].岩石力学与工程学报,2010.29(S2):3505-35]3.
    [53]喻勇,尹健民.三峡花岗岩在不同加载方式下的能耗特征[J].岩石力学与与工程学报.2004,,23(2):205-208.
    [54]刘杰,李建林,邓华锋,等.宜昌砂岩三角波加载段变形速率预测模型研究[J].岩石力学与与工程学报,2010.29(3):633-639.
    [55]许江,唐晓军,李树春,等.周期性循环载荷作用下岩石声发射规律试验研究[J].岩上力学,2009,30(5):124]-1246.
    [56]许江,杨红伟.彭守建.等.孔隙水压力-围压作用下砂岩力学特性的试验研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(8):1618-1623.
    [57]孙益振,邵龙潭.三轴循环加卸载条件下砂性上变形特性研究[J].岩土工程学报,2005,27(11):1353-1357.
    [58]苏承东,杨圣奇.循环加卸载下岩样变形与强度特征试验[J].河海大学学报(自然科学版),2006,34(6):667-671.
    [59]徐速超,冯夏庭,陈炳瑞.矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J].岩土力
    学,2009,30(10):2929-2934.
    [60]Valliappan S.,Zhang Wohua.Numerical modeling of methane gas migration in dry coal seams[J]. Geomechanics Abstracts,1997,(1):10.
    [61]Price H S,McCulloch R C,Edwards J C.Computer model study of methane migration in coal beds[J].Can Min Metall Bull,1973,66(737):103-112.
    [62]Vylegzhanin V N.Structural model of rock mass in the mechanism of sudden(rock)outbursts and intensive gas emission[C].Int.symp.cum Workshop on Management&control of High Gas Emission&Outbursts Wollongng, March,1995,75-81.
    [63]丁继辉,麻玉鹏,李凤莲.有限变形下固流多相介质耦合问题的数学模型及失稳条件[J].水利水电技术,2004,35(11):18-21.
    [64]ENEVER J R E,HENNING A.The relationship between permeability and effective stress for Australian coal and its implications with resort to coalbed methane exploration and reservoir modeling[C]//Proceedings of the 1997 International Coalbed Methane Symposium. [S.I.]:[s.n.],1997:13-22.
    [65]Jones,F.O.,Owens.W.W..A laboratory study of low permeability gas sands[J].J.Pet.Technol.1980,32:1631-1640.
    [66]赵洪宝,李振华,仲淑姮.等.单轴压缩状态下含瓦斯煤岩力学特性试验研究[J].采矿与安全工程学报,2010,27(1):131-134.
    [67]尹光志,王登科,张东明,等.基于内时理论的含瓦斯煤岩损伤本构模型研究[J].岩土力学,2009,30(4):885-889.
    [68]梁冰,工永嘉.章梦涛.含瓦斯煤的内时本构关系及其参数的实验研究[J].固体力学学报,1996,17(3):229-234.
    [69]李小双,尹光志.赵洪宝.等.含瓦斯突出煤三轴压缩下力学性质试验研究[J].岩石力学与与工程学报,2010,39(S1):3350-3358.
    [70]赵洪宝.含瓦斯煤失稳破坏及声发射特性的理论与实验研究[D].重庆:重庆大学,2009.
    [71]王维忠,尹光志,赵洪宝,等.含瓦斯煤岩三轴蠕变特性及本构关系[J].重庆大学学报,2009,32(2):197-201.
    [72]赵阳升,冯增朝,文再明.煤体瓦斯愈渗机理与研究方法[J].煤炭学报,2004,29(3):293-297.
    [73]赵阳升,胡耀青,赵宝虎,等.块裂介质岩体变形与气体渗流的耦合数学模型及其应用[J].煤炭学报,2003,28(1):41-45.
    [74]赵阳升,杨栋,胡耀青,等.低渗透煤储层煤层气开采有效技术途径的研究[J].煤炭学报,200],26(5):455-458.
    [75]章梦涛.变形与渗流相互影响的岩石力学问题[J].岩石力学与工程学报,1989,8(2):189-190.
    [76]章梦涛.煤地下气化流体流动状况的研究[J].辽宁上程技术大学学报(自然科学版),1999,18(5):449-451.
    [77]林柏泉,周世宁,张仁贵.钻孔密封段密封介质渗漏的探讨[J].阜新矿业学院学报(自然科学版),1993,12(4):10-15.
    [78]周世宁,林柏泉.煤层瓦斯流动与赋存理论[M].北京:煤炭工业出版社,998.
    [79]张广洋,谭学术,鲜学福.等.煤层瓦斯运移的数学模型[J].重庆大学学报,1994,17(4):53-57.
    [80]郭勇义,周世宁.煤层瓦斯一维流场流动规律的完全解[J].中国矿业学院学报,1984,(2):19-28.
    [81]孙培德,鲜学福.煤层气越流的固气耦合理论及其应用[J].煤炭学报,1999,24(1):60-64.
    [82]孙培德,鲜学福.上保护层保护范围的固气耦合分析[J].煤,1999,(1):36-39.
    [83]孙培德.瓦斯动力学模型的研究[J].煤田地质与勘探.4993.21(1):33-39.
    [84]罗新荣,俞启香.煤层瓦斯运移方程的数值模拟分析[J].煤矿安全,1996,(2):24-27.
    [85]罗新荣.煤层瓦斯运移物理模拟与理论分析[J].中国矿业大学学报,1991,20(3):55-61.
    [86]罗新荣.双重孔隙可压密煤层斯运移的数值模拟[J].重庆大学学报(自然科学版),1998.21(6):29-34.
    [87]杨其蛮,王佑安.煤屑瓦斯扩散理论及其应用[J].煤炭学报,1986,(3):87-84.
    [88]程五一,王佑安,王魅军.实验室确定钻屑解吸指标△h2临界值方法的研究[J].煤炭工程师,1997,(3):19-23.
    [89]聂百胜,何学秋,王恩元,等.电磁场影响煤层甲烷吸附的机理研究[J].天然气工业,2004.(1O):32-35.
    [90]何学秋,聂百胜.孔隙气体在煤层中扩散的机理[J].中国矿业大学学报,2001,30(1):1-5.
    [91]杨国梁,吴世跃,郭勇义,等.寺河煤矿钻屑解吸指标区域临界值的确定[J].煤矿安全,2010,36(2):97-100.
    [92]吴世跃,赵文.含吸附煤层气煤的有效应力分析[J].岩石力学与与工程学报,2005,24(10):1674-1678.
    [93]陶云奇,许江,李树春,等.煤层瓦斯渗流特性研究进展[J].煤田地质与勘探,2009,37(2):1-5.
    [94]SOMERTON W H. Effect of stress on permeability of coal[J]. Int.J.Rock Meck.Mech. Min.Sci.&Geomech.Abstr.,1975,12(2):151-158.
    [95]刘建军.非等温情况下煤层瓦斯流动规律的研究[D].阜新:辽宁工程技术大学,1998.
    [96]LEVINE J R.Model study of the influence of matrix shrinkage on absolute permeability of coalbed reservoirs[J].Geological Society Publication,1996,19(9):197-212.
    [97]刘明举.幂定律基础上的煤层瓦斯流动模型[J].焦作矿业学院学报,1994,(1):36-42.
    [98]#12
    [99]聂百胜,何学秋,王恩元.煤的表面自由能及应用探讨[J].太原理工大学学报.2000,31(4):346-348.
    [100]何启林.采空区瓦斯弥散流场的研究[J].焦作工学院学报,1997,16(3):74-80.
    [101]胡卫民,魏建平,刘明举.非稳态下井巷瓦斯浓度弥散模型及其求解[J].焦作工学院学报,1996,15(5):3-8.
    [102]J.S.Seager, and R.D.Fitzpatrick. A theoretical treatment of dispersion into a turbulent stream in a pipe safety in mines research establishment,research Report NO.245,FEBRUARY,1967.
    [103]章梦涛,王景琰.采场空气流动状况的数学模型和数值方法[J].煤炭学报,1983,(3):46-54.
    [104]章梦涛,王景琰.采场空气流动状况有限元分析[J].辽宁工程技术大学学报,1980,(1):58-66.
    [105]蒋曙光,张人伟.综放采场流场数学模型及数值计算[J].煤炭学报,1998,23(3):258-261.
    [106]蒋曙光,工省身.综放采场流场及瓦斯运移三维模型试验[J].中国矿业大学学报,1995.24(4):85-91.
    [107]丁广骧.煤层瓦斯实用动力学方程及其有限元解法[J].中国矿业大学学报.1997,26(4):74-77.
    [108]丁广骧.矿井大气和瓦斯三维流动.徐州:中国矿业大学出版社,1996.
    [109]梁栋.黄元平.采动空间瓦斯运动的双重介质模型[J].阜新矿业学院学报(自然科学版),1995,14(2):4-7.
    [110]刘卫群,缪协兴.综放开采J型通风采空区渗流场数值分析[J].岩石力学与与工程学报,2006,25(6):]154-1160.
    [111]刘卫群.破碎岩体渗流理论及其应用研究[D].徐州:中国矿业大学,2002.
    [112]刘卫群,缪协兴,余为,等.破碎岩石气体渗透性的试验测定方法[J].实验力学,2006,21(3):399-403.
    [113]刘卫群,缪协兴,陈占清.破碎岩石渗透性的试验测定力法[J].2003,18(1):56-61.
    [114]刘卫群,顾正虎,王波,等.顶板隔水层关键层耦合作用规律研究[J].中国矿业大学学报,2006,35(4):427-430.
    [115]胡千庭,梁运培,刘见中.采空区瓦斯流动规律的CFD模拟[J].煤炭学报,2007,32(7):719-723.
    [116]王家臣,赵洪宝.工作面采掘空间流场特性数值模拟研究[J].金属矿山,2010,412(10):151-153.
    [117]屈庆栋,许家林,钱鸣高.关键层运动对临近层瓦斯涌出影响的研究[J].岩石力学与与工程学报,2007,26(7):1478-1454.
    [118]许家林,钱鸣高,金宏伟.基于岩层移动的“煤与瓦斯共采”技术研究[J].煤炭学报,2004,29(2):129-132.
    [119]许家林,钱呜高.地面钻井抽放上覆远距离卸压煤层气试验研究[J].中国矿业大学学报,2000,29(1):78-81.
    [120]李树刚,钱鸣高,许家林,等.对我国煤层与瓦斯共采的几点思考[J].煤,1999,8(2):4-6.
    [121]刘泽功,戴广龙,石必明,等.高位巷道抽放采空区瓦斯实践[J].煤炭科学技术,2001,29(12):10-13.
    [122]林柏泉,张建国,翟成,等.近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律[J].中国矿业大学学报,2008,37(1):24-29.
    [123]梁冰,刘建军,范厚彬,等.非等温条件下煤层中瓦斯流动的数学模型及数值解法[J].2000,19(1):1-5.
    [124]程远平,付建华,俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2009, 26(2):127-139.
    [125]程远平,俞启香,袁亮.上覆远程卸压岩体移动特性与瓦斯抽采技术[J].辽宁工程技术大学学报,2003,22(4):483-486.

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700