煤層注水防治沖擊地壓的機(jī)理及應(yīng)用

前言

煤層注水預(yù)防沖擊地壓成本低、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，一直是預(yù)防沖擊地壓的首選措施。由于過去缺乏相應(yīng)的研究，迄今仍然停留在試驗(yàn)水平上。本書以阜新礦區(qū)瓦斯含量高、孑L隙壓力大的沖擊地壓預(yù)防為背景，對(duì)煤層注水預(yù)防沖擊地壓進(jìn)行了研究。本書主要內(nèi)容如下。1.通過實(shí)驗(yàn)研究煤浸水時(shí)間與含水率的關(guān)系，含水率對(duì)煤物理力學(xué)性質(zhì)破壞特性的影響，確定了煤層不致發(fā)生失穩(wěn)破壞的臨界含水率，從而得到注水防治沖擊地壓時(shí)水充滿注水區(qū)域所需要的浸水時(shí)間，同時(shí)根據(jù)物理化學(xué)理論，闡述了注水預(yù)防沖擊地壓是由于煤被水濕潤后，通過煤水的表面作用，水為煤所濕潤時(shí)，水分子擠入煤分子之間，增大了煤分子之間的距離，減少了分子之間的范得華力，因而改變了煤的物理力學(xué)性質(zhì)及破壞特性。2.煤層注水實(shí)際上是水由鉆孔進(jìn)入煤層，由鉆孔附近向周圍煤層推進(jìn)驅(qū)氣，水占領(lǐng)水驅(qū)氣后的區(qū)域的過程，進(jìn)行水驅(qū)替的研究后，建立了水驅(qū)氣的數(shù)學(xué)模型，改變了過去將注水過程中水在煤層中的流動(dòng)視為對(duì)煤層中原有的水流動(dòng)進(jìn)行的滲流場的分析。3.將水、氣視為不可壓縮流體，分別對(duì)適用于厚煤層平行徑向流的活塞式水驅(qū)氣問題及適用于薄煤層的平面流活塞式水驅(qū)氣問題求解，以及將氣體作為可壓縮性流體，水仍然視為不可壓縮性流體，對(duì)于平面徑向流的水驅(qū)氣問題求解，從而得到水氣界面位置隨著時(shí)間變化的關(guān)系式?？梢源_定在不同水驅(qū)氣過程中，水流至煤層指定位置，即將需要注水區(qū)域注滿水所需要的時(shí)間。或在指定時(shí)間內(nèi)，能夠注滿煤層區(qū)域的范圍，以便確定提前注水時(shí)間和注水孔的布置方案。通過比較，得出將氣假設(shè)為不可壓縮流體后，誤差可以滿足工程要求的結(jié)論。

內(nèi)容概要

　　煤層注水預(yù)防沖擊地壓成本低、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)，一直是預(yù)防沖擊地壓的首選措施。由于過去缺乏相應(yīng)的研究，迄今仍然停留在試驗(yàn)水平上?！睹簩幼⑺乐螞_擊地壓的機(jī)理及應(yīng)用》以阜新礦區(qū)瓦斯含量高、孔隙壓力大的沖擊地壓預(yù)防為背景，對(duì)煤層注水預(yù)防沖擊地壓進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括阜新礦區(qū)沖擊地壓的基本特點(diǎn)；注水改變煤層物理力學(xué)性質(zhì)的研究；煤層雙孔介質(zhì)注水驅(qū)氣滲流等。

作者簡介

宋維源，男，漢族，1955年7月生，山西汾陽人，中共黨員，1982年7月畢業(yè)于阜新礦業(yè)學(xué)院力學(xué)師資班，獲學(xué)士學(xué)位；1989年1月獲礦山工程力學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位，2004年6月獲工程力學(xué)博士學(xué)位。從1982年7月起，一直在遼寧工程技術(shù)大學(xué)從事教學(xué)與科研工作，1995年評(píng)為副教授，2002年評(píng)為教授。主要研究方向?yàn)閹r石動(dòng)力學(xué)、煤礦災(zāi)害力學(xué)、振動(dòng)與噪聲控制。曾先后在《煤炭學(xué)報(bào)》《遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版)《中國學(xué)術(shù)期刊文摘》《黑龍江科技學(xué)報(bào)》《東北大學(xué)學(xué)報(bào)》(自然科學(xué)版)《中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)》等刊物發(fā)表論文近20篇。主持主要科研項(xiàng)目6項(xiàng)。

書籍目錄

1 緒論1.1 問題的提出1.2 國內(nèi)外研究狀況1.2.1 煤層注水技術(shù)國內(nèi)外研究概況1.2.2 煤層注水理論國內(nèi)外研究概況1.2.3 煤層注水預(yù)防沖擊地壓的國內(nèi)外研究概況1.3 本研究開展的工作2 阜新礦區(qū)沖擊地壓的基本特點(diǎn)2.1 五龍煤礦沖擊地壓的基本特點(diǎn)2.1.1 五龍煤礦井田概況2.1.2 五龍煤礦沖擊地壓的基本情況2.1.3 五龍煤礦沖擊地壓的基本特點(diǎn) 2.2 孫家灣煤礦沖擊地壓的基本特點(diǎn)2.2.1 孫家灣煤礦井田概況2.2.2 孫家灣煤礦沖擊地壓的基本情況2.2.3 孫家灣煤礦沖擊地壓的基本特點(diǎn)2.3 海州立井煤礦沖擊地壓的基本特點(diǎn)2.3.1 海州立井煤礦井田概況2.3.2 海州立井煤礦沖擊地壓的基本情況2.3.3 海州立井煤礦沖擊地壓的基本特點(diǎn)2.4 王營煤礦沖擊地壓的基本特點(diǎn)2.4.1 王營煤礦井田概況2.4.2 王營煤礦沖擊地壓的基本情況2.4.3 王營煤礦沖擊地壓的基本特點(diǎn) 2.5 本章小結(jié)3 注水改變煤層物理力學(xué)性質(zhì)的研究3.1 注水改變煤層物理力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究3.1.1 實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟3.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.2 注水改變煤層物理力學(xué)性質(zhì)的機(jī)理3.2.1 潤濕作用3.2.2 吸附現(xiàn)象3.2.3 注水改變煤物理力學(xué)性質(zhì)的機(jī)理3.3 本章小結(jié)4 注水過程中的水－氣驅(qū)替4.1 水－氣驅(qū)替的基本概念4.1.1 流體界面上的毛管力4.1.2 飽和度4.1.3 界面張力4.1.4 相對(duì)滲透率4.2 滲流速度與實(shí)際流體質(zhì)點(diǎn)速度的關(guān)系4.3 煤層注水時(shí)的流體流動(dòng)4.4 注水過程中流體流動(dòng)的基本方程4.5 本章小結(jié)5 孔隙介質(zhì)煤層注水水－氣驅(qū)替研究5.1 按照平面徑向流確定注水工藝參數(shù)5.2 按照平面平行流確定注水工藝參數(shù)5.3 煤層注水時(shí)可壓縮與不可壓縮穩(wěn)態(tài)滲流的相似性5.4 水－氣視為可壓縮流體時(shí)的水驅(qū)氣平面徑向流5.5 兩種徑向流的比較5.6 本章小結(jié)6 煤層雙孔介質(zhì)注水驅(qū)氣滲流6.1 煤層介質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性6.2 雙重介質(zhì)中滲流微分方程的建立6.3 無吸滲作用的雙孔煤層滲流及水－氣驅(qū)替6.4 雙孔介質(zhì)煤層注水驅(qū)氣機(jī)理6.5 雙孔介質(zhì)煤層注水驅(qū)氣基本方程6.6 雙孔介質(zhì)煤層注水驅(qū)氣問題的解6.7 本章小結(jié)7 注水在阜新礦區(qū)沖擊地壓防治中的應(yīng)用7.1 沖擊地壓發(fā)生的理論7.2 沖擊地壓及注水防治的機(jī)理7.3 阜新礦區(qū)五龍煤礦煤層注水工藝參數(shù)的確定7.3.1 煤層注水注水孔參數(shù)選擇的一般原則7.3.2 注水前濕潤角的測定7.3.3 五龍煤礦311采區(qū)煤層注水工藝參數(shù)的確定7.4 注水工藝過程及主要注水設(shè)備7.5 注水實(shí)際效果7.6 本章小結(jié)結(jié)論參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1.2國內(nèi)外研究狀況關(guān)于煤層注水技術(shù)的理論及在預(yù)防沖擊地壓中的應(yīng)用，國內(nèi)外研究狀況可以分為煤層注水技術(shù)國內(nèi)外研究概況、煤層注水理論國內(nèi)外研究概況、煤層注水預(yù)防沖擊地壓的國內(nèi)外研究概況?，F(xiàn)分別敘述如下。1.2.1煤層注水技術(shù)國內(nèi)外研究概況煤層注水的目的是增加煤層中水的飽和度，即煤層中的含水率。不論用于降塵、降溫，還是用于預(yù)防沖擊地壓、煤和瓦斯突出，煤層注水總是采用向煤層鉆一系列的孔的方法，通過鉆孔將水注入煤層內(nèi)。我國首先通過向前蘇聯(lián)學(xué)習(xí)，然后在國內(nèi)部分礦井試驗(yàn)，最后推廣應(yīng)用。在國際上，煤層注水開始于什么年代，起源于哪個(gè)國家，已經(jīng)難以考證。從現(xiàn)有能查找到的資料來看，煤層注水首先是在第二次世界大戰(zhàn)期間的蘇聯(lián)，由于開始實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，所以班產(chǎn)量激增，工作面煤塵很大。很可能是受到掃地時(shí)灑水可以降塵的啟發(fā)，開始向煤層灑水，以后改成向煤層注水，以增加煤的含水率，減小揚(yáng)塵，降低工作面作業(yè)人員矽肺病的發(fā)生率。開始時(shí)采用的方法是從地面接管線，依靠落差進(jìn)行注水。在第二次世界大戰(zhàn)后，就將此方法列入了蘇聯(lián)煤礦安全作業(yè)規(guī)程。1955年，蘇聯(lián)學(xué)者阿維耳申所著的專著《沖擊地壓》的中譯本中，已經(jīng)提到注水可以預(yù)防沖擊地壓，并將其列為沖擊地壓的主要防治措施之一。為了提高注水效率、縮短注水時(shí)間，開始改為壓力注水，即用水泵將水泵入鉆孔，在一定壓力下，將水滲入煤體。蘇聯(lián)頓巴斯煤田在1946年已經(jīng)大量采用煤層注水防治瓦斯突出。在20世紀(jì)50年代末，幾乎所有發(fā)達(dá)國家均把煤層注水納入了煤炭安全開采的有關(guān)手冊(cè)之中，蘇聯(lián)、波蘭等國家在沖擊地壓煤層安全開采規(guī)程中，分別制訂了不同用途的專門的煤層注水的技術(shù)規(guī)范。

編輯推薦

《煤層注水防治沖擊地壓的機(jī)理及應(yīng)用》由東北大學(xué)出版社出版。

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