课题五、单一低透煤层增透机制和有效抽采技术原理
1、研究内容
(1)单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透影响区范围的瓦斯解吸及流动规律
通过电镜扫描和压汞实验,研究不同变质程度和不同硬度的煤岩体孔隙结构,煤体内微元体基于简化单通道的瓦斯扩散及流动的理论模型。通过实验平台,研究基于单通道模型假设基础上,对不同性质的煤体进行割缝、松爆、压裂等卸压增透技术措施条件下,瓦斯流动过程中与煤层透气性系数密切相关的阻力因子随抽采时间以及空间位置变化的关系。通过对各微元体瓦斯释放量与总抽采量的对比分析,考察经过钻割、松爆、压裂等卸压增透技术措施后的煤体在时间和空间上卸压增透抽采效果。
(2)单一高瓦斯低透气性煤层卸压裂隙场演化规律研究
研究含气煤体破坏的细观机制,从理论上描述煤体损伤-裂隙-破碎的力学过程和相应的力学准则;研究单一高瓦斯低透气性煤层采掘过程中煤岩体损伤破裂过程特征、空间分布、破裂度表征及其动态演化规律;研究工作面推进速度与卸压裂隙场演化的耦合关系;通过能量方法,根据围岩巷道观测的变形与受力,结合对煤体的结构观测与探测,对煤岩体裂隙场分布进行数值反演;研究覆岩结构对煤岩体卸压裂隙场演化的影响规律;研究钻割、松爆、压裂等卸压增透措施与采动应力联合作用下单一煤层裂隙场的形成与分布;建立单一高瓦斯低透气性煤层卸压开采过程中煤层增透性的时空分布与演化规律。
(3)单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透影响区内裂隙场及瓦斯流动场的耦合作用机制
通过实验研究和数值模拟分析,研究煤体中卸压增透影响区内应力、位移、各微元体的透气性的演化规律,建立钻割、松爆及压裂卸压增透技术条件下各煤体参数与瓦斯流动参数耦合作用数学模型,并且将实验平台的实验数据与数值模拟的结果进行对比分析,确定钻孔、割缝、松动爆破及压裂等技术措施的卸压增透影响范围,流固耦合的理论模型。结合试验区工作面巷道布置方式,研究钻割、松爆及压裂孔的合理布置参数,并对空间交错的钻孔与割缝缝槽综合影响范围内的煤体应力分布情况和对应的裂隙场演化规律进行分析,在此基础上结合瓦斯抽采系统,对煤体中瓦斯流动特性随时间的演化关系进行分析,探索单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透过程中裂隙场及瓦斯流动场的耦合作用机制。
(4)单一高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采时空演化规律及整体卸压增透的理论判据
研究单一高瓦斯低透气性煤层“钻-割-抽”、“钻-爆-抽”和“钻-压-抽”施工工艺原理及技术。通过对钻孔以及割缝缝槽、松动爆破及压裂孔卸压增透抽采影响区内的煤层瓦斯压力、煤体透气性系数等相关的物理参数进行考察,分析影响区裂隙场与瓦斯流动场耦合作用机制,并且通过实测数据进行验证与进一步完善,建立在时间和空间要求范围内达到煤层整体卸压增透抽采目标的理论判据,为提高单一高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效率提供理论和技术支撑。
2、研究目标
(1)探索单一高瓦斯低透气性煤层卸压增透过程中裂隙场及瓦斯流动场的耦合作用机制,建立单一高瓦斯低透气性煤层抽采时空演化模型;
(2)以钻孔进行“钻-割-抽”、“钻-爆-抽”和“钻-压-抽”为技术原理和手段,实现单一高瓦斯低透气性煤层区域卸压增透和瓦斯流动场的可控,以提高单一高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效率,实现单一高瓦斯低透气性煤层的安全开采;
(3)在国内外重要科学刊物上发表SCI、EI论文20-30篇,出版学术专著1部,申请专利1-3项,培养硕士和博士研究生10-20名。
3、承担单位:中国矿业大学 中平能化集团
4、课题负责人:林柏泉
5、课题参加人员:高峰、李增华、翟成、程红梅

主办单位: 973项目管理办公室
地址:江苏省徐州市中国矿业大学文昌校区综合楼605,邮编:221008
电话:0516-83885091,传真:0516-83885091

 
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