高壓水射流切縫提高煤層透氣性的實驗研究.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，在低透氣性煤層實際應用中并不理想。高壓水射流切縫與目前國內(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理論和技術(shù)原理的系統(tǒng)研究工作還很少，尚無法指導工程實踐，這方面的欠缺嚴重地制約著該技術(shù)的推廣利用。
　　本論文依托國家自然科學基金創(chuàng)新群體基金項目“高壓水

2、射流破巖理論及其在地下工程中的應用基礎研究（50621403）”，在探討了煤層孔隙－裂隙特征與透氣性關(guān)系的理論基礎上，通過高壓水射流型煤切縫實驗，分析了高壓水射流參數(shù)對增加煤層暴露面積的影響，并通過對型煤的損傷破壞測試，考察了高壓水射流切縫對煤層裂隙率的影響；同時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)部裂隙的擴展規(guī)律。結(jié)合高壓水射流煤巖切縫現(xiàn)場應用，考察驗證了采用高壓水射流切縫能有效提高煤層的透氣性。

3、r>　　主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?、俑邏核淞餍兔呵锌p實驗結(jié)果表明，增加泵壓能有效增加切槽暴露面積，試驗數(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，應依據(jù)煤層不同f值調(diào)節(jié)泵壓值和橫移速度。
　　②借助CT機對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展，顯示高壓水射流作用下裂隙端部應力集中，端部軸向拉應力最大，表明裂隙主要沿垂直裂紋軸向拉應力方向擴展，與前面型煤CT掃描實驗結(jié)果相符。且與高壓水射流法線方向夾角小的裂隙端部應力強度因子較大，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。
　　④在高壓水射流切縫現(xiàn)場應用中，采用高壓水射流切縫時，瓦