低渗透煤层高压水射流割缝增透机理实验研究-流体力学专业论文.docxVIP

致 谢 本论文是在导师梁冰教授的精心指导下完成的，从论文的开题到定稿无不倾注着恩师 的心血。在读研的两年半期间，导师广博的知识，灵敏的思维，严谨的治学态度，认真务 实的工作作风影响指导着我，使我受益终生。她告诫我：认真做事，认真做人比拥有很强 的能力更重要！我一直铭记这句话，它也将指引我毕业，乃至日后的生活工作。虽然她很 忙，但是我们知道她无时无刻都在关注着我们成长，经常晚间抽空来看望我们，每次见面 每次的开会汇报，她总是想尽可能的传授给我们更多知识和感受。在此，我由衷的感谢老 师的知遇之恩和培养！我会把梁导之家两年半所学用在今后的生活工作中，用成就去为我、 为老师、为梁导之家争光！ 感谢力学与工程学院所有老师六年半的培养，从你们身上我不仅收获了知识，还学会 了为人处事，师生之情永难忘！ 感谢研究生学院两年半的培养，尤其是学生工作部和学位培养办的老师给于我学生工 作的支持！ 感谢力学实验室的李成全老师和董子贤老师在本次论文实验中给予的极大帮助，谢谢 两位老师两年半的精心传授以及生活和学习上的帮助！ 感谢孙维吉博士、李刚博士、姜利国博士、王俊光博士两年半科研生活给予的极大帮 助，谢谢四位哥哥在我成长过程中给予的体谅和关怀！ 感谢梁导之家兄弟姐妹的帮助和支持，尤其是 08 届的其他七位兄弟姐妹和实验过程 中帮忙的师弟师妹！ 感谢力学研 08 班的 20 位同窗以及刘文革、唐巨鹏老师在学习和工作上的帮助与支持！ 衷心感谢在百忙之中评阅本文的专家、教授！ 在论文撰写过程中，作者引用和参考了大量的文献，在此向各参考文献的作者表示衷 心感谢！ 特别感谢我的爸爸妈妈对我的养育之恩！感谢我的弟弟为我求学所付出的努力！ 最后，向所有支持和帮助过我的朋友和单位领导致以诚挚的谢意！ 姜 勇 二〇一〇年十二月十日 摘 要 煤炭是我国推动经济发展的主体能源，瓦斯是煤矿安全生产的主要威胁，同时 也是我国优质高效的洁净能源。我国大多数煤层属于低渗透煤层，尤其是近年来煤 层开采进入深部区，瓦斯含量、瓦斯压力随着地应力增大而增大，突出危险性越来 越严重，迫切需要做好瓦斯治理工作，瓦斯抽采技术是提高低渗透单一煤层瓦斯抽 采效果的重要途径之一。 本文从低渗透煤层结构特征研究出发，以低渗透煤层孔隙裂隙结构为对象，基 于地应力、瓦斯压力和孔隙裂隙结构三方面分析其对煤层透气性的影响。针对低渗 透煤层瓦斯特性，分别从吸附、解吸、扩散、渗流四个方面论述了瓦斯赋存运移机 理。 基于相似实验理论，利用相似材料模型模拟低渗透煤层，经高压水射流割缝， 采用压力盒预埋的方式监测割缝前后模型内不同位置应力变化，结合位移计的位移 变化和模型渗透率变化，数据分析割缝前后模型应力、位移、渗透率的变化规律， 为揭示低渗透煤层割缝增透机理提供实验依据。 总结分析实验研究所得结论，基于煤体结构在承压状态下割缝卸压，缝槽两侧 煤体发生变形破坏，应力重新分布后处于复杂应力状态，上部煤体因缝槽卸压而发 生向下位移，缝槽周围受破坏产生破碎区，煤层内瓦斯出现分区域的非线性渗流特 点，以此从割缝煤层结构、力学机理和瓦斯非线性渗流三个方面揭示割缝增透机理。 关键词：低渗透煤层；高压水射流；割缝；卸压；增透机理 - I - Abstract Coal is the main energy in our country to promote economic development. Gas is the major potential threat during coal mine production, but meanwhile is the high-quality and efficient clean energy. In our country, most of the coal bed is low-permeability. Especially in recent years, because of the deepening exploitation of the coal bed, gas contents and pressure is increasing with the increased Ground Stress, thus the prominent risk gets larger which needs the good gas control technology urgently. The gas drainage technology is one of the important ways to improve the low-permeability single coal bed gas d