煤层瓦斯压力传感测试模拟实验研究

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应用软计算作为瓦斯突出预测的辅助决策工具,指标的可靠程度受实验数据的数量、范围和代表性决定,尚未较好地从理论上确定突出的临界值,易受人为因素影响,预测结果可靠性不高;传统的预测方法主要根据突出参数来判定其是否有突出危险性,主要有:瓦斯压力、瓦斯含量、煤层坚固性系数以及瓦斯放散初速度,预测结果可靠性高,但现有瓦斯测压方法问题突出,封孔方法选择困难、实施工艺繁琐、测压周期长。本文研究一种适用于王家岭矿特定条件的煤层瓦斯传感测压装置,在钻头端放置瓦斯传感器,提出了反转封孔、即时测压,密实钻孔、动态测压的思路。首先,通过对钻孔内塌落的煤进行受力分析,结合岩石力学和弹塑性力学,研究了煤在钻孔内的堆积与压实过程,从理论上分析了钻孔自闭合的可行性。然后从钻孔失稳的机理和失稳特征、变形破坏特征及多应力耦合等四个方面分析了钻孔失稳的条件,得出影响钻孔失稳的因素有:煤体内聚力、煤层流体压力、煤体埋深、内摩擦角、测压钻孔直径。其次,收集王家岭煤矿2#煤层煤体基本参数,运用FLAC3D数值模拟,研究不同钻孔直径下孔壁围岩垂直位移变化、孔壁围岩垂直应力分布、孔壁围岩塑性区范围分布、孔壁压实应力分布的关系云图,由云图可以确定钻孔直径为65mm时,钻孔失稳-自闭合效果最好。通过建立测压气室稳定流动方程,得到气室平衡时间与气室体积大小的关系式,确定传感测压装置的最优测压气室体积为0.141m3,在此条件下,气室平衡所需时间大约为2.3h。最后,根据传感测压装置的理论研究,通过设计实验所需仪器,并模拟瓦斯压力测定,在实验室进行了不同钻杆直径与钻孔自闭合效果的实验,实验结果进一步证明理论的正确性,并对瓦斯传感测压装置的实物进行了预研究。本文为瓦斯传感测压装置的研究提供了理论基础,同时对降低钻孔封孔成本、提高封孔效率以及实现远距离传感测压具有一定的科学价值和实际意义。
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