煤層沖壓一體化卸壓增透物理模擬試驗(yàn)研究.pdf

1、我國煤炭資源豐富但煤層地質(zhì)賦存條件較為復(fù)雜，煤層具有“三高一低”（高瓦斯含量、高瓦斯壓力、高吸附性、透氣性低）的特點(diǎn)，使得煤礦生產(chǎn)瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重，特別是近年來煤炭開采深度的增加更進(jìn)一步加大了煤層瓦斯的治理難度。
　　預(yù)抽煤層瓦斯是無保護(hù)層開采的單一低透氣性煤層防治瓦斯災(zāi)害的主要區(qū)域性措施，但由于煤層透氣性較低需要采取必要的卸壓增透強(qiáng)化措施。本文利用自主研發(fā)的多場耦合煤層氣開采物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)高壓水水力沖孔試驗(yàn)裝置，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行

2、水力沖孔、水力壓裂、沖壓一體化的物理模擬試驗(yàn)，研究在實(shí)施水力化卸壓增透措施的過程中煤層所受應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)的演化規(guī)律，并建立相應(yīng)的卸壓增透效果評價方法。主要取得如下研究成果：
　?、俑鶕?jù)煤礦現(xiàn)場的水力沖孔設(shè)備，考慮實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，設(shè)計研發(fā)了實(shí)驗(yàn)室可行的旋轉(zhuǎn)高壓水水力沖孔試驗(yàn)裝置，該裝置能夠調(diào)節(jié)沖孔轉(zhuǎn)速、水壓、鉆進(jìn)速度等參數(shù)的大小，按照不同的試驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)不同沖孔轉(zhuǎn)速、不同水壓、不同鉆進(jìn)速度等條件下的水力沖孔物理模擬試驗(yàn)。
　　

3、②采用力控制的水力沖孔過程中各個方向上的應(yīng)力保持不變，應(yīng)變逐漸增大；而位移控制的水力沖孔過程中各個方向上的應(yīng)變保持不變，應(yīng)力逐漸增大。水力沖孔后的孔洞截面近似呈圓形，且沖孔轉(zhuǎn)速與孔洞大小成正比，沖孔轉(zhuǎn)速越大，沖出的孔洞越大；推進(jìn)速度與孔洞大小成反比，推進(jìn)速度越小，沖出的孔洞越大。
　?、鬯_孔卸壓增透效果明顯，和水力沖孔前抽采相比，水力沖孔后的抽采過程中氣體壓力下降速度增大，氣體流量增加，達(dá)到消突標(biāo)準(zhǔn)的時間縮短，抽采效率明顯提高

4、。
　?、苓M(jìn)行水力壓裂時注水壓力曲線受應(yīng)力、型煤的物理力學(xué)性質(zhì)等多種因素的影響而表現(xiàn)出不同的形態(tài)特征，但都會經(jīng)歷如下過程：水壓開始時增加緩慢，后又迅速增加直至達(dá)到起裂壓力，煤體被壓開，然后水壓降至裂縫延伸所需要的壓力。此外，和水力壓裂前的抽采相比，水力壓裂后的抽采過程中氣體壓力下降速度增大，氣體流量增加，達(dá)到消突標(biāo)準(zhǔn)的時間縮短，抽采效率明顯提高。
　　⑤通過對比初始抽采、水力沖孔、水力壓裂、沖壓一體化后的抽采過程中氣體壓力的