【正文】 本科生畢業(yè)論 文 姓 名： 學(xué) 號 ： 學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 安全工程 論文 題目： 惠 安煤礦水力壓裂煤層滲透技術(shù) 及數(shù)值模擬 指導(dǎo)教師： 職 稱： 副教授 2020 年 6 月 徐州 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 2 頁 畢業(yè) 論文 任務(wù)書 學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 安全工程 081 班 學(xué)生姓名 XX 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 ： 2020 年 2 月 28 日 畢業(yè) 論文 日期： 2020 年 3 月 7 日至 2020 年 6 月 10 日 畢業(yè) 論文 題目 : 惠 安煤礦 水力壓裂煤層滲透技術(shù)及數(shù)值模擬 畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求： 水力壓裂是一種常用的 煤層卸壓 增透措施，該技術(shù)已經(jīng)開始在我國大中型煤礦中廣 泛應(yīng)用，并取得了良好的效果； 通過實施 水力 壓裂增透，使工作面前方壓裂增透區(qū)域的煤體卸壓，大幅度提高煤層透氣性，瓦斯得到釋放，工作面突出危險性得到有效消除，煤塵、沖擊地壓危險性有效降低 。 效果分析主要從兩個方面進(jìn)行，一是在距離壓裂鉆孔不同位置采取煤樣，在實驗室對壓裂后的煤體進(jìn)行分析，并與原煤的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行對比；二是在壓裂試驗現(xiàn)場獲取有關(guān)數(shù)據(jù)（主要是瓦斯方面的），并做數(shù)據(jù)對比分析；最終，根據(jù)實驗室和現(xiàn)場的分析結(jié)果，確定 惠安 礦水力壓裂效果及其有效半徑。 院長簽字： 指 導(dǎo)教師簽字： 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 3 頁 畢業(yè) 論文 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評語 （①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握； ② 獨(dú)立解決實際問題的能力；③ 研究內(nèi)容的 理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等）： 成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 4 頁 畢業(yè) 論文 評閱教師評閱書 評閱教師評語 （ ①選題的意義； ② 基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識 解決實際問題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題； ⑧ 是否同意答辯等 ）： 成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 5 頁 畢業(yè) 論文 答辯及綜合成績 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基 本 正 確 有 一般 性錯 誤 有 原則 性錯 誤 沒 有 回 答 答辯委員會評語及建議成績： 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 6 頁 摘 要 低滲透性 煤層高產(chǎn) 高效采煤工作面盡管在采掘前采取了一系列的瓦斯治理措施及降塵措施，但是隨著機(jī)械化程度的提高，仍然存在著瓦斯超限和粉塵量大的問題。本文在綜述國內(nèi)外煤層注水、水力壓裂和水力擠出技術(shù)的基礎(chǔ)上，闡述了水力壓擠技術(shù)與上述水力化措施的區(qū)別。運(yùn)用巖石力學(xué)、巖石流體力學(xué)、瓦斯賦存及流動理論、滲流耦合理論、彈塑性損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)等理論知識，對水力壓擠過程中煤體的破壞過程和高壓水對煤體瓦斯解吸規(guī)律的影響進(jìn)行了研究，闡明了水力壓擠防治瓦斯和降塵的機(jī)理。 在研究影響水力壓擠效果的基礎(chǔ)和技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用數(shù)量化理論建立起水力壓裂 后煤體位移量預(yù)測數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用正交化試驗法得出影響水力壓擠效果的參數(shù)的主次順序和最佳組合。依據(jù)滲流－應(yīng)力耦合理論，建立起煤體破裂過程中滲流－應(yīng)力－損傷耦合模型，借助 FRFPA2D 軟件對高壓水作用下的煤體致裂及位移過程中應(yīng)力場、聲發(fā)射場及位移場的變化情況進(jìn)行了模擬。在 惠安煤礦 進(jìn)行了水力壓擠 技術(shù)試驗，驗證了水力壓擠技術(shù)具有顯著的擠排瓦斯效果和防塵效果 。 關(guān)鍵詞： 水力壓 裂 ；關(guān)鍵參數(shù)； FRFPA 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 7 頁 ABSTRACT Although there are many gas controls and measures for reductions in low permeability meseam, high production and high efficiency coal face, there still exsiting problems of gas concentration exceeding limits and greater coal dusts during mechanized production period. Based on reviewing the coal seam water injection,hydraulic fracturing and hydraulic extrusion technique, the paper analyzed the difference between hydraulic pressing and the above hydraulic rock mechanics, rock and fluid mechanics, gas flow and storage in coal seam, seepage coupling, elasticplasticdamage mechanics, fracture mechanics and other theories, the paper researched coal body failure process of hydraulic pressing as well as the influence of high pressure water on gas desorption law, illustrated the mechanics of preventing gas and dust. On the basis of researching the basic parameters and technical parameters which influence the effect of hydraulic pressing, the paper obtained the most important order of technical parameters and the best parameter bination by adopting quantification theory to establish coal displacement prediction mathematical model and using orthogonal test. On the basis of seepagestress coupling theory,the paper established seepagestressdamage coupling model of coal body rupture process, reconstructing rupture and displacement process under high water means of FRFPA 2D that can generate stress fields,acoustic emission fields and displacement fields in simulation. Through the hydraulic pressing experiments carried out in Huian coalmine the paper showed the significant effect of gas extrusion and dust prevention. Keywords： hydraulic pressing, key parameters, FRFPA2D 2020 屆本科生畢業(yè)論文 第 8 頁 目 錄 1 項目概述 ..................................................................................................................................... 1 項目研究背景 ......................................................................................................................... 1 項目研究內(nèi)容 ......................................................................................................................... 3 項目研究目標(biāo) ......................................................................................................................... 3 項 目研究方案與技術(shù)路線 ..................................................................................................... 3 研究方案 ....................................................................................................................... 3 技術(shù)路線 ....................................................................................................................... 4 2 水力壓裂機(jī)理 ............................................................................................................................. 5 煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu) ..................................................................................................................... 5 煤層裂縫的形態(tài) ..................................................................................................................... 6 煤層破裂壓力 ......................................................................................................................... 8 破裂壓力等效模型 ...............................................................