高壓脈沖水射流增透技術在煤礦石門揭煤中的應用研究.pdf

1、煤與瓦斯突出是煤礦生產中的一種極其復雜的動力現(xiàn)象，石門揭煤時極易引起煤與瓦斯突出，其強度大、頻率高。據(jù)統(tǒng)計，在我國幾十起特大型突出事件中，石門揭煤發(fā)生的突出就占了75.9％。針對這一問題，國內外學者提出了許多解決措施，如：孔預裂爆破、水力壓裂、酸化處理煤層等方法，但這些方法施工工藝復雜，石門揭煤周期長，準備巷道掘進時間過長，嚴重制約著煤礦高產高效；所以，開展高壓脈沖水射流增透技術具有重大的工程和經(jīng)濟意義。
　　 本文依托國家自然

2、科學基金委創(chuàng)新群體基金項目“高壓水射流破巖理論及其在地下工程中的應用基礎研究(50621403)”，提出采用高壓脈沖水射流對煤層切縫的新方法。通過研究高壓脈沖水射流對煤體的動態(tài)損傷作用，分析了高壓脈沖水射流對煤體裂隙場的演化特性和煤層透氣性的影響；根據(jù)非線性瓦斯?jié)B流理論以及地球物理場效應瓦斯流動理論研究了高壓脈沖水射流沖擊及振蕩效應對煤體內瓦斯流動規(guī)律的影響；研發(fā)了高壓脈沖水射流切縫系統(tǒng)裝置和施工工藝，并結合流體力學、滲流力學等理論分析

3、確定了高壓脈沖水射流切割煤體時主要水力參數(shù)，并進行現(xiàn)場試驗。主要研究成果如下：
　　 ①高壓脈沖水射流在松軟低透氣性煤體中切縫，引起鉆孔周圍應力場變化，形成一定范圍的卸壓帶，同時脈沖射流的振蕩作用促使卸壓帶范圍增加，使煤層透氣性增大；不同頻率的脈沖形成不同尺寸級的裂隙，在高壓脈沖水射流沖擊應力波和水準靜態(tài)作用裂隙先后經(jīng)歷初始損傷、裂隙擴展、裂隙相互貫通及裂隙場進一步發(fā)展四個階段，裂隙的發(fā)展，增加了瓦斯的運移通道，是煤層透氣性進一

4、步增大，為高效抽采瓦斯奠定了基礎。
　　 ②得出高壓脈沖水射流對煤體的沖擊動態(tài)方程，并根據(jù)瓦斯?jié)B流理論得出高壓脈沖水射流作用下煤體內瓦斯?jié)B流方程。
　　 ③研發(fā)出高壓脈沖水射流切縫系統(tǒng)裝置，通過流體力學、牛頓定律分析計算得出射流在煤巖單位面積所受的作用力以及煤粒與水的速度關系，從而得出脈沖射流破煤巖的臨界壓力以及切縫過程中所需要的射流流量，為高壓脈沖水射流切縫系統(tǒng)裝置在煤礦石門揭煤的應用奠定基礎。
　　 ④對高壓

5、脈沖水射流切縫系統(tǒng)進行現(xiàn)場試驗，通過對比分析得出，在采用高壓脈沖水射流切縫工藝的+175N2＃石門，切縫3天后K1煤層K1值最大值由0.85mL/g·min1/2減小為0.46mL/g·min1/2，而未實施高壓脈沖水射流切縫工藝+175主石門K1值沒有明顯變化。在+175N2＃石門切縫瓦斯預抽孔平均單孔瓦斯?jié)舛认啾任辞锌p孔提高了35.8倍，平均單孔瓦斯流量提高了10倍以上。切縫石門的瓦斯抽采率、瓦斯抽采量和預抽面積相比未切縫石門分別提