高压水射流破煤作用及水力冲孔防突技术的研究

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1、ADissertationin．SafetyTechnologyandEngineeringResearchontheMechanismofCoalFailurebyHighPressureWaterJetandOutburstPreventionTechniqueofHydraulicFlushingCandidate：WangXinxinSupervisor：ShiBimingSchoolofEnergyandSafetyAnHuiUniversityofScienceandTechnologyNo．168，Shungeng

2、Road，Huainan，232001，P．R．CHINA独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塞徵理三太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：王j雕日期：址年』月D日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解塞徽堡王太堂有保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间

3、论文工作的知识产权单位属于塞邀堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：殳新，新签字日期：肋j2年名月醪日导师签名签字日期：砒年／月∥日摘要捅要我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，防治煤与瓦斯突出对于保障煤矿安全高效生产具有十分重要的意义。本文采用理论分析、数值模拟和现场试验考察相结合的方法，系

4、统研究了高压水射流破煤作用理论和水力冲孔防突技术。首先，基于高压水射流破煤作用的理论研究，通过合理的假设和简化，分别构建了高压水射流破煤的力学分析模型和数值计算模型。然后，通过力学分析建立了高压水射流破煤的理论方程组，运用LS．DYNA3D软件模拟和分析了不同水压下高压水射流破煤的主要过程及其特点。最后，研究了以水力冲孔为代表的高压水射流破煤防突技术，完成了高压水射流破煤试验和水力冲孔防突效果的考察试验，优化和完善了水力冲孔防突技术。高压水射流破煤作用研究表明：高压水射流破碎含瓦斯煤体主要经历了煤体失效破裂阶段和裂隙发育射流侵蚀

5、阶段；构建了力学分析模型，建立了高压水射流破煤的简化常微分方程组；建立了高压水射流破煤的数值计算模型，运用LS．DYNA3D软件模拟了不同水压下高压水射流的破煤过程，得出了高压水射流破煤的主要过程和门限水压：煤体在高压水射流侵蚀下的破坏形式主要有压碎破坏、拉伸破坏和应力波破坏，应力波的传播扩大了高压水射流侵蚀煤体的影响范围；高压水射流的侵蚀深度和水压之间呈现出曲线增长的关系。在淮南潘三矿完成了高压水射流破煤试验和水力冲孔现场试验，表明高压水泵的出水压力为15,、-20MPa时才能满足高压水射流的破煤要求；在水力冲孔抽采瓦斯37天

6、后，13．1煤层水力冲孔影响半径达到8．5m，残余瓦斯压力和瓦斯含量分别为1．35MPa、5．98ma／t，煤层瓦斯含量显著降低，水力冲孔防突技术措施获得了良好的消突效果；在水力冲孔之后，煤层瓦斯呈现出区域性的分布规律，冲孔钻孔周围依次存在瓦斯充分排放区、瓦斯排放区、瓦斯压力过渡区和原始瓦斯压力区；水力冲孔防突技术主要经历高压水射流破煤阶段、恢复平衡阶段和瓦斯抽采阶段。图[32】表【15】参[85]关键词：煤与瓦斯突出；高压水射流；水力冲孔；数值模拟；破煤机理；消突机理；试验研究；瓦斯抽采分类号：TD713安徽理：l：大学硕十学

7、位论文AbstractChinaisoneofthemostseriouscoalandgasoutburstdisastercountryintheworld．Ithasgreatsignificancethatcoalandgasoutburstpreventionforensuringcoalminesafetyandefficientproduction．Inthisdissertation，itcombinstheoreticalanalysis，numericalsimulationandfieldtestinves

8、tigation．Theresearchpurposeissystematicstudyofcoalbreakingbyhigh-pressurewaterjetandhydraulicflushingoutburstpreventiontechnology．F