水力擠出消突機(jī)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(jī)理研究水力擠出措施快速消突機(jī)理研究水力擠出措施快速消突機(jī)理研究水力擠出措施快速消突機(jī)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(zhǎng)河南理工大學(xué)瓦斯地質(zhì)研究所所長(zhǎng) 中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)瓦斯地質(zhì)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)瓦斯地質(zhì)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)副主任委員，河南省勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副事任委員，河南省勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)副事長(zhǎng)長(zhǎng)報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容 我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀我國(guó)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(jī)理水力擠出快速消突

2、機(jī)理 水力擠出措施適用條件水力擠出措施適用條件一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀我國(guó)瓦斯突出嚴(yán)重我國(guó)瓦斯突出嚴(yán)重 突出礦井接近突出礦井接近300300個(gè)（國(guó)有礦個(gè)（國(guó)有礦107107個(gè)）個(gè)） 突出次數(shù)近突出次數(shù)近2000020000次次 20022002年有年有5050個(gè)煤礦突出個(gè)煤礦突出183183次，掘進(jìn)突出次，掘進(jìn)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(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀我國(guó)煤礦采用的主要防突措施我國(guó)煤礦采用的主要防突措施 瓦斯預(yù)抽瓦斯預(yù)抽 保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)層開(kāi)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(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦

4、消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀下解放層開(kāi)采上解放層開(kāi)采解放層被解放層解放層被解放層一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)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(qiáng)度。能；提高煤體強(qiáng)度。材料：脲醛膠材料：脲醛膠效果：煤體強(qiáng)度提高效果：煤體強(qiáng)度提高23倍，倍， 石門(mén)揭煤時(shí)間縮短至石門(mén)揭煤時(shí)間縮短至8 10天。天。一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)煤礦消突措施現(xiàn)狀消突措施現(xiàn)狀一、我國(guó)煤礦一、我國(guó)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(gè)直徑個(gè)直徑42mm42mm、深、深8 810m10m的鉆孔的鉆孔時(shí)間周期短時(shí)間周期短 整個(gè)過(guò)程只需要不到整個(gè)過(guò)

6、程只需要不到1 1小時(shí)的時(shí)間小時(shí)的時(shí)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(shí)現(xiàn)正規(guī)作業(yè)循環(huán)實(shí)現(xiàn)正規(guī)作業(yè)循環(huán) 掘進(jìn)速度提高幅度大掘進(jìn)速度提高幅度大三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理yxyzx掘進(jìn)工作面前方煤體三向不對(duì)稱(chēng)受力狀態(tài)yxyzx水力擠出前受力狀態(tài)水力擠出時(shí)受力狀態(tài)三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)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(tái)：技術(shù)平臺(tái)：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(lèi)型和材料屬性、步驟：幾何建模、定義單元類(lèi)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(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)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(xiàn)彈性體，遵循虎克定律煤層屬于線(xiàn)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(jì)煤和瓦斯、水的耦合作用可以忽略不計(jì)三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理幾何建模：幾何建模： 高高3m3m、寬、寬4.2m4.2m、長(zhǎng)長(zhǎng)12m12m的一段長(zhǎng)方形的一段長(zhǎng)方形煤體煤體三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力

8、擠出快速消突機(jī)理 網(wǎng)格單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格單元?jiǎng)澐?采用空間六面體單元對(duì)采用空間六面體單元對(duì)模型分網(wǎng)，整個(gè)模型共劃模型分網(wǎng)，整個(gè)模型共劃分為分為4083940839個(gè)單元，個(gè)單元，5183651836個(gè)節(jié)點(diǎn)。個(gè)節(jié)點(diǎn)。三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)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?chē)鷳?yīng)力(垂直、水平)三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理036912151823456789鉆孔長(zhǎng)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(jī)理之一：卸壓帶加長(zhǎng)，集中應(yīng)力帶前移，應(yīng)力集

9、中程度下降機(jī)理之一：卸壓帶加長(zhǎng)，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(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)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(cuò)動(dòng)和向掘進(jìn)工作面自由空間發(fā)生的位移上。體破裂、錯(cuò)動(dòng)和向掘進(jìn)工作面自由空間發(fā)生的位移上。機(jī)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(jī)理三、水力擠出快速消突機(jī)理03060901201500246810距離工作面距離( m )位移量( m m )機(jī)理之三：煤體