【摘 要】
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我国是世界上煤矿瓦斯灾害较为严重的国家之一,贵州由于其特殊的喀斯特地形地貌特征,独特的煤层分布特点以及复杂的地质构造,大部分煤矿属于煤与瓦斯突出矿井,其煤层多为低渗透煤层,且瓦斯含量、瓦斯压力与地应力高等一系列不利因素导致煤矿瓦斯抽采困难。同时我国煤矿开采深度在逐步加深,地应力增大,进一步降低了煤层的透气性系数,从而导致普通钻孔抽采有效影响范围小,预抽钻孔工程量大,抽采效率低,常规的瓦斯抽采方法难
【基金项目】
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贵州省科技计划项目（黔科合支撑[2020]4Y050号）；
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我国是世界上煤矿瓦斯灾害较为严重的国家之一,贵州由于其特殊的喀斯特地形地貌特征,独特的煤层分布特点以及复杂的地质构造,大部分煤矿属于煤与瓦斯突出矿井,其煤层多为低渗透煤层,且瓦斯含量、瓦斯压力与地应力高等一系列不利因素导致煤矿瓦斯抽采困难。同时我国煤矿开采深度在逐步加深,地应力增大,进一步降低了煤层的透气性系数,从而导致普通钻孔抽采有效影响范围小,预抽钻孔工程量大,抽采效率低,常规的瓦斯抽采方法难易发挥作用。因此,为扩大抽采钻孔的有效影响范围,提高煤层瓦斯抽采效果,对低透气性煤层进行卸压增透显得尤为重要,针对这一问题,本文以贵州某矿M9煤层作为研究对象开展高压水力割缝增透技术研究与应用,采用理论分析、数值模拟和现场工程应用的研究方法主要进行以下研究:（1）通过对高压水射流冲击动力特性分析,主要对水射流结构特性、出口速度、流量和动能等进行理论分析,以及分析水射流破煤理论揭示高压水力割缝其增透机理。并利用ANSYS/LS-DYNA和FLAC3D数值模拟软件建立了高压水射流冲击煤体和高压水力割缝的数值模拟模型。（2）通过ANSYS/LS-DYNA软件模拟高压水射流冲击煤体过程,分析水射流冲击煤体直至形成稳定冲击孔的过程,并测量水射流冲击深度,结果表明水射流冲击煤体形成冲击孔的深度随着水压的增加而相应增大,80MPa、90MPa和100MPa三个水压的水射流冲击煤体的深度分别为0.63m、0.84m和0.96m。（3）在将水射流冲击煤体的深度作为高压水力割缝半径的基础上,利用FLAC3D软件进行高压水力割缝数值模拟计算,对不同参数模拟完成后的结果分析割缝后缝槽周围煤体应力变化、塑性区分布情况以及煤体位移量变化的影响,分析结果表明随着水压和割缝半径的增加,其应力集中点离缝槽中心越远,应力降低宽度越大,塑性区宽度分布越大,煤体位移量与影响范围也随之越大,通过分析确定适合该矿的合理割缝参数为水压90MPa,割缝半径0.8m。（4）通过在贵州某矿1091回风顺槽进行高压水力割缝增透试验,割缝后可形成0.89m左右的缝槽,且割缝钻孔单孔抽采纯量为对比钻孔的2倍,抽采浓度提高了2～2.8倍,大幅度提高了钻孔瓦斯抽采效率,试验结果表明高压水力割缝增透技术现场应用达到预期目的,可为贵州类似地质条件煤层瓦斯抽采提供参考依据。
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