最新挑战杯研究报告 7000字word范文 21页Word文档下载推荐.docx

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个人申报者姓名

（集体名称）：

类别：

□自然科学类学术论文

□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文

■科技发明制作

一、

（一）

（二）

（三）研究背景：

.......................................................................................................2采煤工作面瓦斯安全及防治介绍...................................................................2采煤工作面顶板周期性来压对煤矿安全生产影响的介绍..............................2研究价值及意义：

.........................................................................................2

1、矿井安全：

.....................................................................................................2

2、煤、煤层气的双采：

......................................................................................3二、

（三）

三、

四、

五、国内外同类研究状况.........................................................................................4目前国内外同类技术研究状况......................................................................4同类产品的优缺点介绍.................................................................................4与本产品相比较、分析.................................................................................4本实验装置的原理结构.....................................................................................5原理：

...........................................................................................................5试验系统各单元介绍：

.................................................................................6试验流程.......................................................................................................9技术关键及创新点..........................................................................................10主要核心技术..............................................................................................10技术创新点..................................................................................................11产品试验数据：

..............................................................................................12

一、研究背景：

（一）采煤工作面瓦斯安全及防治介绍

煤矿瓦斯事故是造成矿山伤亡最为严重的事故之一，防治瓦斯事故的发

生是煤炭企业生产过程中的重中之重，而工作面是瓦斯事故经常发生的场所。

在一般情况下，预防瓦斯事故的方法是加大工作面通风和对瓦斯的浓度进行监测，发现瓦斯超标情况，及时报告，做好调度。

另一种方法时提前抽采来降低瓦斯的浓度。

但在采掘过程中经常会发生瓦斯突出事故，有一些不明显的预兆，常常被忽略，所以很难防治的。

如果能提前预测瓦斯的涌出量就可以提前做好防止工作。

（二）采煤工作面顶板周期性来压对煤矿安全生产影响的介绍老顶就相应地出现断裂与下沉，支架压力增大，工作面地压显现明

显增剧，并呈周期性，称周期来压。

工作面顶板周期来压是矿井灾害之

一。

工作面顶板周期来压是矿井生产过程中周期出现的现象，属于矿井灾害，掌握它的规律对矿井安全生产来说是极其重要的．目前，工作面顶板周期来压预测的重要性已被普遍认识．但经常要做的工作是根据工作面顶板周期来压的规律和实际观测的数据对工作面顶板周期来压的未来情况进行预测，从而可以在周期来压前采取适当的措施，避免灾害发生，保证安全生产。

（三）研究价值及意义：

煤炭行业是我国国民经济的重要支柱产业之一，为我国经济建设提供了

主要能源保证。

十几年来，我国在煤矿工业领域发展迅速，随着采煤工艺的不断地高，煤矿的产量也是突飞猛进。

然而煤炭行业的安全指数并没有随着采煤的速度加快而升高，相反瓦斯事故的发生变得越来越频繁，死亡人数也在不断增加，201X年至201X年11月，有煤矿安监局公布数据显示，煤矿事

故共死亡966人，瓦斯事故死亡人数659人。

（图1），煤矿行业所面临的严峻形势不容乐观，提前预测瓦斯已经成为当前煤矿研究领域的重要课题。

瓦斯的突出与矿山的压力以及煤岩的裂隙发育息息相关，如果找出矿山压力与裂隙发育及瓦斯渗透性之间的关系，根据矿山的周期性来压，预测瓦斯的涌出量，从而预防瓦斯事故的发生。

图1

我国有着极为丰富的煤层气资源，据估算，埋深201Xm以浅的煤层气资

源量达30～35万亿立方米，以可采系数50%折算，其可采资源量为15～17.5万亿立方米，相当于131.9～153.9亿t原油，按现有原油开采速度，可供我国开采100年以上。

因此，我国煤层气开发前景巨大。

目前，制约我国煤层气开发的主要问题是技术问题，煤层渗透性与透气性是评价瓦斯抽放及煤层气开发的重要参数之一，研究煤层渗透性影响因素对于提高煤层透气性、提高瓦斯抽放效率、提高煤层气采收率以及促进我国煤层气工业的技术进步都有积极的意义。

通过该实验能更好的描述采煤动应力作用下煤岩应力、裂隙与煤气的对

应关系，掌握应力场、裂隙场与渗流性能之间的变化特征，在充分利用煤层开采过程中岩层移动对瓦斯卸压作用的基础上根据岩层移动规律来优化抽放方案、提高抽出率，从而在煤层开采时形成采煤和采煤层气两个完整的开采系统，即形成“双能源开采”技术，实现煤、气互利共赢。

二、国内外同类研究状况

（一）目前国内外同类技术研究状况

随着煤岩体与瓦斯这一课题在煤矿行业重要性日益突出。

国内外学者也在不懈的努力，他们通过一系列实验室物理试验方法对煤岩的应力与瓦斯流体渗流系数的关系进行了大量试验研究。

如缪协兴教授等深入研究了采动岩体的渗流理论，设计了峰后岩石和碎石渗流试验，取得了重要成果[1]，李树刚博士[2]采用尺寸54×

70mm左右的试件，进行煤了渗透性试验，另外一些学者用小试样进行了三轴应力作用下的渗透系数试验，以讨论侧压对渗透系数的影响[3-7]。

徐涛博士[8-12]等采用数值模拟方法，进行了煤岩渗透率的模拟实验研究。

虽然经过多年的研究与实践,但到目前为止仍然没有一种有效的方法能较好地预测生产过程中瓦斯突出的危险性。

常用的几种预测方法由于在不同的地域预报的临界值变化较大,难于掌握。

（二）同类产品的优缺点介绍

国内大多数研究者在室内研究过程中煤样尺度较小，边界效应较大与煤矿井下采煤工作面煤体的实际情况相符度低，所得数据说明采煤工作面煤岩体特性在试样尺度和受力边界条件方面还存在较大不同等众多缺陷。

另外，从采煤工作面瓦斯流动物理过程看，在煤壁处的煤岩单元体处于五面约束状态，瓦斯气体主要从煤壁内部涌出，且在采掘工作面中，煤（岩）体的破坏一般发生在自由面及其一定深度范围内，越靠近自由面，破裂面越密，自由面的位移量逐渐增大，岩体从自由面挤出，有时表现为煤（岩）的大变形或突出，然而小试样试验和采掘工程围岩的瓦斯流动过程存在较大差异，造成试验结果与实际的偏差

（三）与本产品相比较、分析

我们目前采用煤岩试样尺寸为表面平整，相邻侧面相互垂直，端面的平行度小于0.1mm，150mm×

150mm×

150mm立方体。

这与国内大多数研究者在室内对尺寸较小，含裂隙少，完整性要求不高的标准煤样如Ф50mm×

100标准煤样所

进行三向应力状态下进行瓦斯的渗透性规律研究相比，其真实可靠性、科学严谨性、数据精确性大大提高。

我们设计的较大尺寸的渗透性试验装置，能够采用实际煤样模拟工作面受力方向、受力状态以及瓦斯气体涌出方向等实际条件，进行煤岩瞬态渗透法试验研究。

我们实验煤样的选取减少小试样试验情况下同采掘工程中围岩的瓦斯流动过程存在的较大差异、试验结果与实际的偏差大小，克服以往研究过程中煤样尺度较小，边界效应较大与煤矿井下采煤工作面煤体的实际情况相符度低，所得数据说明采煤工作面煤岩体特性在试样尺度和受力边界条件方面还存在较大不同等众多缺陷。

三、本实验装置的原理结构

（一）原理：

在过去进行岩石力学单轴或者三轴试验时，试块上出现一条或者几条大的破坏面，并逐渐贯穿试块，试块被迫散开。

而在井下进行巷道掘进或者工作面开采过程中，煤岩体的破坏一般发生在平行于自由面的破坏，越近自由面，破裂面越密，自由面的位移量逐渐增大，岩体是从自由面挤出，有时表现为煤岩突出（岩爆或者煤炮），有时表现为大变形。

实验室试验和采掘工程中的围岩的力学过程出现了本质的不同，造成了试验的失真。

而平面应变压缩试验与采掘工程中煤岩的工作面（掘进头）应变状态相似。

由于标准平面应变试验台需要极大的侧向刚度，一般不易满足。

本试验装置利用特殊材料厚钢板加工而成，基本满足平面应变的要求。

大尺寸煤样渗透性双向加载试验测试系统主要由气源单元Ⅰ、压力测试单元Ⅱ、流量测试单元Ⅲ、试验机加载及控制单元Ⅳ、声发射监测单元Ⅴ、大尺寸煤样渗透性双向加载试验装置Ⅵ六部分组成。

具体装置情况如图下图所示。

大尺寸煤样渗透性双向加载试验系统

Ⅰ——气源单元：

1-气瓶、2-减压稳压阀

Ⅱ——压力测试单元：

1-气体压力传感器、2-静态电阻应变仪、3-数据处理仪

Ⅲ——流量测试单元：

1-气体质量流量计、2-气体流量积算仪、3-数据采集仪Ⅳ——试验机加载及控制单元：