煤層水力割縫影響因素及割縫深度預(yù)測(cè)模型研究.pdf

1、瓦斯抽采是煤層瓦斯防治的重要手段，煤的滲透率是影響煤層瓦斯抽采效果的一個(gè)主要因素，增加煤層滲透率技術(shù)一直是瓦斯抽采技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。高壓水射流割縫作為提高煤層滲透率的有效手段，在煤礦中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。煤層割縫深度預(yù)測(cè)對(duì)抽采鉆孔布置、增透效果預(yù)估非常重要，但目前煤層水力割縫深度預(yù)測(cè)多依賴于經(jīng)驗(yàn)，缺失科學(xué)合理的預(yù)測(cè)模型，因此研究煤層水力割縫深度影響因素并建立預(yù)測(cè)模型，對(duì)指導(dǎo)水力割縫鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)、割縫設(shè)備選型和增透效果預(yù)估具有重要的

2、指導(dǎo)意義。
　　針對(duì)煤層水力割縫深度影響因素及預(yù)測(cè)模型，本論文的研究工作主要包括以下四個(gè)部分:
　　1)煤的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)割縫深度的影響
　　將水射流對(duì)煤的作用力簡化為垂直集中力，射流對(duì)煤的作用過程抽象為垂直集中力作用于半無限平面的Boussinesq—Flamant問題，確定水射流作用下煤內(nèi)部的應(yīng)力分布形式。結(jié)合數(shù)值模擬軟件分析水射流作用下煤主要的破壞類型，認(rèn)為剪切強(qiáng)度是抵抗水射流破壞的主要因素，拉伸強(qiáng)度是次要因素。

3、
　　2)水射流參數(shù)對(duì)割縫深度的影響
　　通過測(cè)量不同水泵壓力與噴嘴直徑組合下射流對(duì)煤的作用力數(shù)據(jù)并加以分析，確定噴嘴直徑與水泵壓力均為影響射流作用力的因素，其中驅(qū)動(dòng)壓力的影響更為顯著。同時(shí)通過理論分析確定射流作用力的構(gòu)成形式，確定各參數(shù)對(duì)射流作用力的影響機(jī)制。
　　3)水力割縫深度預(yù)測(cè)模型研究
　　使用Loland損傷模型模擬煤在射流作用下的力學(xué)響應(yīng)機(jī)制;引入 Mohr—Coulomb準(zhǔn)則以抗剪強(qiáng)度作為煤破壞的

4、判定條件;以射流動(dòng)量量化水力割縫過程中射流對(duì)煤的作用，建立水力割縫切割深度預(yù)測(cè)模型。
　　4)水力割縫預(yù)測(cè)模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究
　　使用Flac3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、使用水泥砂漿制作的模擬材料進(jìn)行地面破壞試驗(yàn)并結(jié)合井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證水力割縫預(yù)測(cè)模型，驗(yàn)證結(jié)果表明模型預(yù)測(cè)深度同實(shí)際深度間誤差小于10％，能較好的滿足工程應(yīng)用要求。
　　本文最終研究確定影響水力割縫深度的主要因素、建立割縫深度預(yù)測(cè)模型，并通過數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)、