【摘 要】
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水力冲孔是煤层卸压增透抽采瓦斯的有效措施,在瓦斯防治中得到了广泛应用,但现行常规水力冲孔追求大出煤量,致使钻孔出煤不畅,煤渣运输困难,且在冲孔边缘易造成应力集中。针对上述问题,本文受保护层开采启发,提出了煤层内水射流层状卸压的技术思路:选取煤层中某一弱分层,采用高压水射流以多孔多点的形式射流出煤卸压,形成相互连通的梅花状水平空腔,连通整个弱分层,促使上、下层煤体变形,进而增大整层煤的渗透率,提高抽
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水力冲孔是煤层卸压增透抽采瓦斯的有效措施,在瓦斯防治中得到了广泛应用,但现行常规水力冲孔追求大出煤量,致使钻孔出煤不畅,煤渣运输困难,且在冲孔边缘易造成应力集中。针对上述问题,本文受保护层开采启发,提出了煤层内水射流层状卸压的技术思路:选取煤层中某一弱分层,采用高压水射流以多孔多点的形式射流出煤卸压,形成相互连通的梅花状水平空腔,连通整个弱分层,促使上、下层煤体变形,进而增大整层煤的渗透率,提高抽采效果。通过采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研的研究方法,开展了煤层内水射流层状卸压增透效应的相关研究:为验证煤层内水射流层状卸压增透效应技术思路的可行性和探究射流孔之间煤体破坏特征,开展了加载条件下煤层内水射流层状卸压煤体破坏特征相似模拟试验,实验结果显示,当射流孔间距小于等于8cm(即原型的1.6m)时,在应力加载条件下,煤体破碎严重,煤体卸压;煤层顶底板位移量随着射流孔间距的减小而变大;建立基于应力场、变形场和瓦斯渗流场特征得到含瓦斯煤岩流-固耦合理论模型,借助COMSOL模拟软件模拟研究了不同水射流分层卸压的增透效应,并同常规水力冲孔进行对比。得到以下结论:(1)煤层内层状水射流等效应力空间展布为“花瓣状”,且6个射流分支形成的6瓣花形更加合理;(2)在同等出煤量条件下,抽采90天时,上、中、下分层水射流层状卸压的有效抽采体积分别是常规水力冲孔的5.02倍、5.84倍、5.02倍;(3)随着抽采时间的延长,其抽采影响范围逐渐增大,当抽采时间达到180天时,采用出煤率为2%的中分层水射流层状卸压,其有效抽采半径可达8.56m,是同期同规模常规钻孔冲孔的1.71倍。为验证煤层内水射流层状卸压技术的可行性,在新义煤矿11090中部底板巷开展了相关试验,试验结果发现:相对于常规水力冲孔,较小出煤量的上分层水射流层状卸压的瓦斯抽采效果更好,两者的抽采初始浓度大致相当,随着抽采时间的延长,常规水力冲孔通常在10~20天内便从高浓度降至低浓度(10%以下)并保持稳定,而水射流层状卸压的抽采浓度会出现二次升高,最大升高浓度可达60.7%,抽出瓦斯浓度维持在30%以上的天数通常是常规钻孔的2倍。
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