水力擠出消突機理幻燈片

1、河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)20042004年年1212月月河南理工大學(xué)河南理工大學(xué)20042004年年1212月月水力擠出措施快速消突機理研究水力擠出措施快速消突機理研究水力擠出措施快速消突機理研究水力擠出措施快速消突機理研究 王兆豐 博導(dǎo)、研究員博導(dǎo)、研究員 河南理工大學(xué)瓦斯地質(zhì)研究所所長河南理工大學(xué)瓦斯地質(zhì)研究所所長 中國煤炭學(xué)會瓦斯地質(zhì)專業(yè)委員會副主中國煤炭學(xué)會瓦斯地質(zhì)專業(yè)委員會副主任委員，河南省勞動保護科學(xué)技術(shù)協(xié)會副事任委員，河南省勞動保護科學(xué)技術(shù)協(xié)會副事長長報告內(nèi)容報告內(nèi)容 我國煤礦消突措施現(xiàn)狀我國煤礦消突措施現(xiàn)狀 水力擠出消突措施水力擠出消突措施 水力擠出快速消突機理水力擠出快速消突

2、機理 水力擠出措施適用條件水力擠出措施適用條件一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀我國瓦斯突出嚴(yán)重我國瓦斯突出嚴(yán)重 突出礦井接近突出礦井接近300300個（國有礦個（國有礦107107個）個） 突出次數(shù)近突出次數(shù)近2000020000次次 20022002年有年有5050個煤礦突出個煤礦突出183183次，掘進突出次，掘進突出9393次，次，回采突出回采突出7474次；次； 20022002年發(fā)生重大突出事故年發(fā)生重大突出事故2626起，特大突出事故起，特大突出事故1212起，特別重大突出事故起，特別重大突出事故1 1起，死亡起，死亡

3、270270人，占煤礦人，占煤礦瓦斯災(zāi)害死亡人數(shù)瓦斯災(zāi)害死亡人數(shù)15.85%15.85%。一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀我國煤礦采用的主要防突措施我國煤礦采用的主要防突措施 瓦斯預(yù)抽瓦斯預(yù)抽 保護層開采保護層開采 排放鉆孔排放鉆孔 煤體固化煤體固化 水力化措施水力化措施一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦

4、消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀下解放層開采上解放層開采解放層被解放層解放層被解放層一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀原理：封堵瓦斯，阻止吸附瓦原理：封堵瓦斯，阻止吸附瓦 斯游離化，降低瓦斯?jié)撍褂坞x化，降低瓦斯?jié)?能；提高煤體強度。能；提高煤體強度。材料：脲醛膠材料：脲醛膠效果：煤體強度提高效果：煤體強度提高23倍，倍， 石門揭煤時間縮短至石門揭煤時間縮短至8 10天。天。一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國煤礦一、我國煤礦消

5、突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀水力擠出鉆孔布置水力擠出鉆孔布置二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施水力擠出設(shè)備水力擠出設(shè)備二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施水力擠出前水力擠出前水力擠出前水力擠出前二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施二、水力擠出消突措施施工工程量小施工工程量小 只施工只施工3 35 5個直徑個直徑42mm42mm、深、深8 810m10m的鉆孔的鉆孔時間周期短時間周期短 整個過程只需要不到整個過

6、程只需要不到1 1小時的時間小時的時間消突成本降低消突成本降低消突效果顯著消突效果顯著 效檢超標(biāo)率低效檢超標(biāo)率低 實現(xiàn)正規(guī)作業(yè)循環(huán)實現(xiàn)正規(guī)作業(yè)循環(huán) 掘進速度提高幅度大掘進速度提高幅度大三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理yxyzx掘進工作面前方煤體三向不對稱受力狀態(tài)yxyzx水力擠出前受力狀態(tài)水力擠出時受力狀態(tài)三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理水力擠出措施后煤體的應(yīng)力狀態(tài)分析水力擠出措施后煤體的應(yīng)力狀態(tài)分析 手段：數(shù)值模擬手段：數(shù)值模擬 技術(shù)平臺：技術(shù)平臺：ANSYSANSYS有限元分析軟件有限元分析軟件 步驟：幾何建模

7、、定義單元類型和材料屬性、步驟：幾何建模、定義單元類型和材料屬性、網(wǎng)格劃分、約束和載荷施加、求解、通用后處理網(wǎng)格劃分、約束和載荷施加、求解、通用后處理等步驟。等步驟。三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理 基本假設(shè)：基本假設(shè)：煤體連續(xù)、均質(zhì)、各向同性煤體連續(xù)、均質(zhì)、各向同性煤層屬于線彈性體，遵循虎克定律煤層屬于線彈性體，遵循虎克定律煤和瓦斯、水的耦合作用可以忽略不計煤和瓦斯、水的耦合作用可以忽略不計三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理幾何建模：幾何建模： 高高3m3m、寬、寬4.2m4.2m、長長12m12m的一段長方形的一段長方形煤體煤體三、水力擠出快速消突機理三、水力

8、擠出快速消突機理 網(wǎng)格單元劃分網(wǎng)格單元劃分 采用空間六面體單元對采用空間六面體單元對模型分網(wǎng)，整個模型共劃模型分網(wǎng)，整個模型共劃分為分為4083940839個單元，個單元，5183651836個節(jié)點。個節(jié)點。三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理求解和通用后處理: 垂直應(yīng)力 水平應(yīng)力 煤體位移 彈性能量 孔周圍應(yīng)力(垂直、水平)三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理036912151823456789鉆孔長度( m )垂直應(yīng)力( M P a )051015注水前初始應(yīng)力模擬注水后應(yīng)力機理之一：卸壓帶加長，集中應(yīng)力帶前移，應(yīng)力集

9、中程度下降機理之一：卸壓帶加長，集中應(yīng)力帶前移，應(yīng)力集中程度下降三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理 模擬結(jié)果顯示，水力擠出前煤體前方彈性潛能為模擬結(jié)果顯示，水力擠出前煤體前方彈性潛能為（7.068.17）108NM，水力擠出后煤體前方彈性潛，水力擠出后煤體前方彈性潛能降為（能降為（0.984.23）108NM，幅度降低接近，幅度降低接近50%。減少的這部分彈性潛能主要消耗在一定范圍內(nèi)的前方煤減少的這部分彈性潛能主要消耗在一定范圍內(nèi)的前方煤體破裂、錯動和向掘進工作面自由空間發(fā)生的位移上。體破裂、錯動和向掘進工作面自由空間發(fā)生的位移上。機理之二：前方煤體彈性潛能大幅降低三、水力擠出快速消突機理三、水力擠出快速消突機理03060901201500246810距離工作面距離( m )位移量( m m )機理之三：煤體