高壓水射流切縫提高煤層透氣性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、煤層卸壓能有效提高煤層的透氣性，現(xiàn)行的卸壓措施都存在著受地質(zhì)條件限制大等問題，在低透氣性煤層實(shí)際應(yīng)用中并不理想。高壓水射流切縫與目前國(guó)內(nèi)外其它卸壓措施相比，在改善煤層透氣性、提高瓦斯抽采率方面具有明顯的效果，尤其是對(duì)于大埋深、低透氣性煤層。由于現(xiàn)階段圍繞該技術(shù)增加煤層透氣性的基礎(chǔ)理論和技術(shù)原理的系統(tǒng)研究工作還很少，尚無(wú)法指導(dǎo)工程實(shí)踐，這方面的欠缺嚴(yán)重地制約著該技術(shù)的推廣利用。
　　本論文依托國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體基金項(xiàng)目“高壓水

2、射流破巖理論及其在地下工程中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究（50621403）”，在探討了煤層孔隙－裂隙特征與透氣性關(guān)系的理論基礎(chǔ)上，通過高壓水射流型煤切縫實(shí)驗(yàn)，分析了高壓水射流參數(shù)對(duì)增加煤層暴露面積的影響，并通過對(duì)型煤的損傷破壞測(cè)試，考察了高壓水射流切縫對(duì)煤層裂隙率的影響；同時(shí)基于脆性材料裂紋損傷模式，理論分析和數(shù)值模擬了在高壓水射流作用下煤體內(nèi)部裂隙的擴(kuò)展規(guī)律。結(jié)合高壓水射流煤巖切縫現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，考察驗(yàn)證了采用高壓水射流切縫能有效提高煤層的透氣性。

3、r>　　主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　①高壓水射流型煤切縫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增加泵壓能有效增加切槽暴露面積，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示切槽暴露面積隨泵壓呈二次曲線關(guān)系增加；切槽暴露面積隨橫移速度的增加而減小，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示隨橫移速度呈三次曲線關(guān)系減少；泵壓、橫移速度存在臨界值，應(yīng)依據(jù)煤層不同f值調(diào)節(jié)泵壓值和橫移速度。
　?、诮柚鶦T機(jī)對(duì)比分析切縫前后型煤內(nèi)部裂隙的變化，結(jié)果顯示高壓水射流切縫能促進(jìn)裂隙發(fā)育，提高裂隙率。新生裂隙集中發(fā)育在端部，縱

4、向致裂更明顯。
　?、弁ㄟ^數(shù)值模擬分析裂隙的啟裂擴(kuò)展，顯示高壓水射流作用下裂隙端部應(yīng)力集中，端部軸向拉應(yīng)力最大，表明裂隙主要沿垂直裂紋軸向拉應(yīng)力方向擴(kuò)展，與前面型煤CT掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。且與高壓水射流法線方向夾角小的裂隙端部應(yīng)力強(qiáng)度因子較大，更易啟裂。為使煤層內(nèi)部大面積范圍內(nèi)孔－裂隙相互貫通，提高裂隙率，可采取沿煤層層理方向鉆孔，使高壓水射流垂直層理或成大傾角切縫。
　?、茉诟邏核淞髑锌p現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，采用高壓水射流切縫時(shí)，瓦