煤与瓦斯突出论文高压水射流割缝快速消突技术研究.docVIP

煤与瓦斯突出论文：高压水射流割缝快速消突技术研究【中文摘要】近年来,随着矿井开采深度不断加深以及开采规模的进一步扩大,出现了“三高两低”(即高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性和低煤体强度)的现象,煤与瓦斯突出问题日益严峻,严重制约着煤炭工业的发展。目前常用的防突措施如:超前排放钻孔、水力冲孔、高压注水、松动爆破等,这些措施在某种程度上,取得了一定的防突效果。但是,这些措施具有施工重复率高、防突效果检验指标超标率高等局限性,特别是在严重突出煤层中快速掘进,其片面性和局限性表现的更为突出。导致突出煤层的掘进速度缓慢,采掘比例失调,严重影响煤矿的安全快速生产。在这样的技术与社会背景下,本文提出了高压水射流割缝快速消突技术。首先介绍了水射流的几何结构特性,分析了水射流破岩理论,并研究了高压水射流割缝快速消突机理;结合FLAC3D数值模拟软件,在微观尺度上对煤体的应力、塑性区进行了模拟分析,对措施的消突机理进行了补充和验证;利用ANSYS对旋转喷头的内部流场进行模拟,通过正交试验确定高压力矩喷头的优选参数;此外,通过室内剪切试验研究了含水率对晋家冲煤矿11112机巷掘进迎头煤体内聚力与内摩擦角的影响;最后通过部分理论分析确定割缝系统的其他参数,完成高压水射流割缝工艺.【英文摘要】For the past few years, with the increase of the depth of seems mined and the further expand of the mining, there is a phenomenon of“three highs and two lows”(high geostress,more gas,high nonuniformity,low permeability and low strength of the coal) which leads to coal and gas outburst, which restricts the coal industry development.The methods for controlling the outburst such as“advanced borehole and emission”“hydraulic punching”“high pressure water injection”and“standing shot”are widely used. But these tec.【关键词】煤与瓦斯突出 高压水射流割缝技术 数值模拟 快速掘进【英文关键词】outburst control waterjet slotting modeling heading development【目录】高压水射流割缝快速消突技术研究致谢4-5摘要5-6Abstract61 绪论10-231.1 研究背景及意义10-111.1.1 以煤炭为主的能源结构101.1.2 突出煤层采掘比例失调10-111.2 国内外煤与瓦斯突出研究概况11-161.2.1 煤与瓦斯突出概述11-121.2.2 煤与瓦斯突出机理12-161.3 防突技术研究16-221.3.1 传统防突技术16-211.3.2 高压水射流割缝防突技术21-221.4 课题的提出221.5 论文主要研究内容和研究方法22-231.5.1 研究内容221.5.2 研究方法22-232 高压水射流割缝快速消突理论与技术23-482.1 高压水射流理论及其破岩机理23-282.1.1 水射流几何结构特性23-252.1.2 水射流冲击力与目标岩体表面压力分布25-272.1.3 高压水射流切割破岩机理27-282.2 高压水射流割缝快速消突机理28-342.2.1 影响煤与瓦斯突出的主要因素及其分析28-322.2.2 高压水射流割缝对突出因素的影响32-342.3 高压水射流割缝系统34-462.3.1 水泵、旋转接头、喷嘴35-362.3.2 高压力矩接头的设计36-462.4 本章小结46-483 煤体割缝数值模拟分析48-623.1 软件介绍48-493.2 模型的建立49-503.2.1 建立模型493.2.2 边界条件49-503.2.3 计算原理503.3 数值模拟结果分析50-613.3.1 分析截面的设定503.3.2 割缝半径对缝槽围岩卸压及塑性区影响分析50-553.3.3 割缝厚度对缝槽围岩卸压影响分析55-573.3.4 割缝前后缝槽围岩应力变化57-613.4 本章小结61-624 不同含水率煤样剪切试验研究62-704.1 试验基本原理62-634.2 仪器设备63-644.3 试验步骤64-654.4 试验记录65-664.5 试验结果分析66-694.5.1 含水率对煤样内聚力的影响68-694.5.2 含水率对煤样内摩擦角的影响694.6 本章小结69-705 现场实施及其结果分析70-805.1 试验矿井简介705.2 试验现场基本情况70-715.3 割缝前矿井防突技术措施71-735.4 高压水射流割缝快速消突技术应用73-755.4.1 割缝方案735.4.2 钻孔及割缝参数设计73-745.4.3 高压水射流割缝施工工艺745.4.4 高压水射流割缝安全规程74-755.5 措施效果分析75-7