周杨洲开题报告

安徽理工大学硕士研究生选题报告及论文工作计划表课题名称： 底板巷水力冲孔卸压增透消突技术研究硕士生姓名：周杨洲 入学年月： 2008.9所属院（系）：能源与安全学院学科专业：安全技术及工程评议组成员姓名：刘泽功、戴广龙、王佰顺、吕品、秦汝祥、蔡峰1、课题来源：⑴国家计委、科委项目⑵国家经贸委项目⑹省市自治区项目⑺学校级项目1、课题来源：⑴国家计委、科委项目⑵国家经贸委项目⑹省市自治区项目⑺学校级项目⑶国家自然科学基金项目⑷国务院其它部门项目⑻国际合作项目⑼自选项目⑸主管部门（部委级）项目⑽其它项目（选一项打”）2、项目所属性质：⑴基础研究2、项目所属性质：⑴基础研究⑵应用基础研究⑷开发研究⑸其它⑶应用研究（选一项打”）⑶应用研究3、预计论文完成时间： 2011 年—月 25日选题报告时间： 2010 年3 月 31日参加报告范围及人数：安全工程教研室导师及全体研究生填表日期：2010年3月20日

安徽理工大学研究生处1、课题来源、选题依据背景情况、课题研究目的、国内外的研究动态、水平、存在问题，并附主要参考文献：一课题的来源、选题依据及背景：煤与瓦斯突出是多重因素控制的复杂动力现象即，如，能在很短时间内释放出大量瓦斯及碎煤，在煤体中形成特殊的空洞，并伴随一定的动力效应⑼。我国是世界上发生突出最严重的国家之一，累计突出约占世界的40%以上［21］。近年来随着对煤炭需求的增加、老矿井服务年限的延长、矿井开采强度和力度的增大，我国现有的矿井大多进入了深部开采阶段，煤层埋藏深度的增加使地应力增大［1］，［5］、煤层及围岩的透气性降低、瓦斯压力和瓦斯含量增大Mo为了有效地治理煤与瓦斯突出灾害，我国矿井普遍采用开采保护层、预抽煤层瓦斯等措施，通过释放煤层地应力和煤体瓦斯潜能来达到消除煤层突出危险性的目的⑻，［13］,［15］。淮南矿区煤巷掘进已经采用过的消突技术较多，如排放钻孔、边抽边掘、水力冲孔、水力割缝、水力挤出（水力疏松X中深孔松动爆破等，虽取得了一些效果，但是由于工艺复杂、技术难度大，也都存在着安全隐患和效率低的问题，没能大规模推广应用。这些技术措施均须在掘进工作面内或迎头附近的巷道内进行实施，措施的实施和掘进生产工作不能平行进行，不仅严重影响了掘进进尺，而且措施的有效消突作用范围也较小，不能从根本上实现彻底消突，达到无隐患掘进施工。根据新颁布的《防治煤与瓦斯突出规定》，突出煤层在没有进行开采解放层的条件下，应采用穿层钻孔预抽煤巷条带煤层内瓦斯进行消突⑹。但我国95%以上的高瓦斯及突出矿井所开采的煤层都属于低透气性煤层，煤层透气性系数只有40X（10一3〜10一4）m2/（MPa2•d）［17］，而且进入深部开采后这一特性更加突出，使得钻孔施工工艺及瓦斯抽放难度相当大，抽放率较低［10］，［24］。由于抽采效果受煤层透气性系数、钻孔布置参数、抽采参数等诸多因素的影响，预抽消突的效果差异较大，有的消突效果十分不明显，例如，有些矿井在使用了穿层钻孔预抽瓦斯技术后，在被抽放煤层中进行掘进时，掘进工作面突出预测指标仍然频频超限，严重影响了巷道掘进速度和安全生产。从理论上讲，采用穿层钻孔对掘进巷道所在煤层进行条带式预抽，再配以水力冲孔等卸压增透技术，只要措施到位，不仅可以消除煤与瓦斯突出发生的三个诱发因素，而且消突范围较大，同时可实现消突措施与掘进施工的时间和空间分离，两者平行作业，实现快速掘进。因此，开展顶（底）板巷道穿层钻孔预抽煤层瓦斯的关键技术的研究十分必要和迫切的。为了解决淮南矿业集团公司所属矿井在开展顶（底）板巷道穿层钻孔预抽煤层瓦斯的关键技术研究的问题，本课题基于淮南矿业集团公司谢一矿、李嘴孜矿和安徽理工大学签订的《顶（底）板巷道穿层钻孔预抽煤层瓦斯成套技术研究一一谢一矿、李嘴孜矿》项目计划。二课题研究目的：1、 穿层钻孔控制范围内消突效果的考察；2、 水力冲孔技术参数的优化及消突效果考察；3、 水力冲孔卸压增透机理与破煤机理研究。三国内外研究动态、水平、存在问题：国内外很多学者早很早前就开始水力冲孔技术理论和应用的研究。水力冲孔是在有煤（岩）安全柱隔离的条件下，利用高压水射流破碎煤体，在岩石及煤巷工作面前方煤体中形成超前孔洞，部分的释放煤体瓦斯潜能和改变围岩中的地应力，达到消除煤与瓦斯突出之目的⑶，⑷，⑺，［11］，［12］。前苏联和匈牙利、法国等曾先后采用。我国从1958年以来，先后在北票、南桐、焦作进行多次水力冲孔试验［4］。实践表明，在地应力大、瓦斯压力高、煤质松软的突出危险煤层中，用大直径超前钻孔经常出现因喷瓦斯、喷煤粉、卡钻、打不进钻的问题［16］。用水力冲孔后，能顺利地在煤层中冲出超前孔，且煤层瓦斯压力越高，煤质越松软，冲孔速度越快。说明水力冲孔可以通过冲孔诱导小型突出，煤层中的能量逐步释放出来，将不可控的破坏性突出转变为安全可控的小型突出［18］。北票矿务局在石门揭穿煤层时，对水力冲孔措施预防瓦斯突出的机理进行了考查，其主要内容有在冲孔过程中煤体的卸压变形，瓦斯压力和瓦斯流量等。水力冲孔在北票、南桐、焦作等局的应用表明，煤质是影响水力冲孔效果的主要因素。煤质的特征包含两个方面，一是松软程度，二是流变性。对于煤层的流变性目前还没有很好的测定方法。西欧常以每米钻孔的排粉量对钻孔体积的倍数作为煤层突出程度的一项指标［4］，［14］。这种水力冲孔技术是在以前无三通装置的冲孔（有些矿区叫做水力冲刷）技术基础上发展起来的［22］。防护三通管是水力冲孔工艺上的重大改进，它不但避免了冲孔过程中的人身伤亡事故，而且对冲孔过程实现可控⑵。目前水力冲孔的研究及应用主要是用于石门揭煤、煤巷掘进、和顶底板穿层钻孔预抽瓦斯等g。到目前为止，水力冲孔技术在顶(底)板巷道穿层钻孔预抽煤层瓦斯方面得到广泛应用，但是还存在一些问题，主要包括对水力冲孔的破煤机理、增透卸压机理认识尚不够成熟；水力冲孔还没有形成系统的机械设备例，目前使用的冲孔钻机是利用地质钻机，它的性能不能完全满足冲孔的需要，限制了水力冲孔作用的发挥［20］；水力冲孔的测试、考察手段及方法目前尚不完善。水力冲孔的有效影响范围、工艺参数的设置标准等有待加强研究。水力冲孔的工艺参数依然是靠经验，通过工程应用类比的方法选择确定，存在很大的盲目性和随机性。水力冲孔的工艺及技术参数有待进一步研究。现今的冲孔工艺有时候会造成卡钻、堵孔等问题，特别是上向孔往往冲出的煤容易积聚在套管的上口。四主要参考文献：［1］ 张国枢.通风安全学［M］.北京：中国矿业大学出版社,2000.7.［2］ 中国矿院瓦斯组.煤与瓦斯突出的防治［M］.北京：煤炭工业出版社，1979.3.［3］ 于不凡.煤与瓦斯灾害防治及利用技术手册［M］.北京：煤炭工业出版社，2000.［4］ 崔谟慎，孙家骏.高压水射流技术［M］.北京：煤炭工业出版社，1993.［5］ 俞启香.矿井瓦斯防治［M］.北京：中国矿业大学出版社，1992.［6］ 国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定［M］.北京：煤炭工业出版社，2009.［7］ 周世宁，林伯泉.煤层瓦斯赋存与流动规律［M］.北京：煤炭工业出版社，1997.［8］ 国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2006.［9］ 于不凡.煤和瓦斯突出机理［M］.北京：煤炭工业出版社，1985.［10］ 刘明举，孔留安，郝富昌等.水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用［J］.煤炭学报，2005，30(4)：11-14.任培良，刘彦伟等.水力冲孔防突技术在潘一矿的应用 [J].煤炭科学技术，2009，37（1）：88-91.刘明举，任培良等.水力冲孔防突措施的破煤机理[J].河南理工大学学报（自然科学版），2009，28（2）：143-145.孔留安，郝富昌等.水力冲孔快速掘进技术[J].煤矿安全，2005,36（12）：46,66.焦作矿区局科研所.水力冲孔应力条件及参数分析[J].煤矿安全，1979,10（6）.张安生，周红星.大平煤矿水力冲孔增透技术试验研究[J].中州煤炭，2007，（3）：8-9，13.水力冲孔三结合试验小组.在无解放层条件下利用水力冲孔防止煤和瓦斯突出的研究及工业性试验报告[R].徐州：中国矿业大学出版社，1976.李国旗，毛振彬.底板巷水力冲孔快速消突技术在李沟矿的应用[J].煤矿安全.2009，40（11）.16-19.秦法秋.突出煤层穿层钻孔增透技术实践[J].煤炭工程2008，（2）：42-44.夏仕柏，赵文武等.水力冲孔快速消突效果分析[J].煤矿安全.2010，（2）：105-107.张伊辉，秦法秋等.穿层钻孔水力增透技术研究[J].中州煤炭.2009,（12）：15-17.孟贤正，曹建军等.水力化高效防突集成技术研究与应用[J].矿业安全与环保.2009，（36）：49-53.瞿涛宝.水力冲刷技术处理煤层瓦斯初探[J].中州煤炭.1995,（6）：12-14.张广义.水力掏孔快速掘进设备的选型及改造[J].煤炭技术.2008,27（3）：63-65.王兆丰.我国煤矿抽放存在的问题及对策探讨[J].煤矿安全.2005,36（3）29-44.ShepherdJ,RixonLK,GriffithsL.Outburstsandgeologicalstructureincoalmines:Areview[J].IntJRockMechMinSciGeomehAbstr,1981,18（4）:267.GuoDY,SongGT,KuMX.ResearchoncoalstructureindicestocoalandgasoutburstsinPingdingshanMineArea[J].JCoalSciEng,2002,8（1）:1-6.2、课题的主要内容，拟解决的主要技术问题，在理论和应用方面的意义，完成课题的条件(包括个人业务水平、教研室或学科组的技术、设备条件)和拟采取的技术措施和办法：一课题研究的主要内容：煤层原始瓦斯基础参数的测试。包括：瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数、突出指标、抽采半径等。水力冲孔卸压增透机理和破煤机理研究；穿层预抽钻孔控制范围消突效果的考察。测定穿层钻孔预抽后控制范围内的残余瓦斯压力、残余瓦斯含量、抽采率和突出指标等，分析其与煤层突出危险性的关系，考察预抽瓦斯消突效果，优化穿层预抽钻孔的布置参数；水力冲孔工艺及技术参数研究，包括：水力冲孔装备选型。主要是对矿用高压水泵、冲孔钻机、高压封孔器等设备进行选型，以提高冲孔效果；水力冲孔工艺研究。研究水力冲孔技术措施实施的合理时间和工序；通过现场试验和数值模拟的方法，进一步优化水力冲孔工艺；水力冲孔技术参数的研究。研究水力冲孔有效影响范围、水压与水量、冲孔速度与长度、冲孔煤量以及钻孔设计。水力冲孔消突效果的考察。预测指标主要有综合指标法、钻屑瓦斯解析指标法、R指标法或其他经试验证实有效的方法。测定煤的瓦斯放散初速度Ap、坚固性系数f、瓦斯解吸指标％或伙值、最大钻屑量smax和最大钻孔瓦斯涌出初速度Qma等；水力冲孔卸压增透效果考察。卸压增透效果主要是对比考察实施措施前后瓦斯抽放量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等参数。二拟解决的主要技术问题：穿层钻孔参数的优化。包括：钻孔数量、钻孔角度等；水力冲孔设备选型、水力冲孔技术参数选定以及进行水力冲孔试验时的技术路线；3抽采孔兼顾水力冲孔时布孔半径的合理确定；水力冲孔冲出煤量的合理确定；预测指标所需要的参数的测定，选择合理的预测指标。三在理论和应用方面的意义：通过本课题的研究，对水力冲孔的破煤机理、卸压增透机理及水力冲孔技术有更深一步的认识；解决矿井在预抽瓦斯时煤层透气性低的难题，提高矿井瓦斯预抽效率；实现矿井煤巷掘进的快速消突，保障矿井的安全高效开采；提高煤巷的掘进速度，巷道单月掘进尺度大幅提高，实现矿井的正常接替；该技术应用前景广阔，能给煤矿企业带来较大的经济和社会效益。四完成课题的条件具有完成论文所需要的专业知识储备。经过研究生这几年的学习，对煤矿开采、通风安全、矿井灾害防治、高压水射流技术、数学建模和岩石力学等方面知识有一定的了解和掌握。参阅国内外大量的参考资料，对水力冲孔技术的研究现状有很好的把握;进行本课题研究的能力。通过研究生阶段的专业学习和参与导师的多个课题项目以及多次下井对现场的熟悉，对水力化消突技术有了一个基本的了解和认识，有能力对本课题进行深入的研究；有一个完成本课题的科研团队；有基本试验基地和必要的测量仪器，能获得现场的实际数据和实验室数据。本课题是在李嘴孜煤矿实施的，矿方能提供很好的实验基地；具有“煤矿安全高效开采”省部共建教育部重点实验室和“现代矿业工程”安徽省重点实验室，可以提供较好的实验环境。五拟采取的技术措施为达到本论文的研究目的，完成论文研究的主要内容，拟定技术研究路线如下：煤层瓦斯基础参数测试一一穿层预抽钻孔控制范