煤巷条带穿层割缝钻孔布置优化及应用

摘要

钻孔布置是决定煤层瓦斯抽采效果的关键，应主要根据煤层条件和预抽达标时间来确定钻孔布置。将高压水射流割缝技术应用于掘进条带穿层钻孔时，由于不同煤层条件下的割缝缝槽尺寸和条带预抽达标时间不明确，导致布置条带钻孔时盲目性强。因此，开展煤巷条带穿层割缝钻孔布置优化研究，对协调煤与煤层气开采的时空关系、平衡矿井生产部署具有重要意义。
　　本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法，分析了不同煤层条件、不同钻孔布置时的条带预抽达标时间，优化了重庆某矿W2704S回风条带的钻孔布置方案，并通过现场试验对研究结果进行验证分析。主要研究成果如下：
　　①结合高压水射流割缝相似模型实验结果，并基于动量定理和连续损伤力学等理论，建立了不同煤层条件下射流割缝缝槽尺寸的计算公式。
　　②引入煤体渗透率、孔隙率的动态演化模型及 D-P准则，建立高压水射流割缝后煤层瓦斯渗流的流-固耦合模型，并采用 COMSOL软件进行二次开发实现了该模型的求解；数值研究结果表明，钻孔抽采影响半径随预抽时间的增加而增大，二者呈幂函数关系；高压水射流割缝钻孔的布置方式影响煤层瓦斯运移情况，其中交叉割缝布置方式较合理；建立了煤巷条带预抽达标时间与缝槽尺寸、钻孔间距、渗透率、煤体埋深、瓦斯压力梯度等因素的关系表达式，为条带钻孔的合理布置提供指导。
　　③基于射流割缝缝槽尺寸计算公式确定了W2704S回风条带的煤层缝槽尺寸，并根据数值研究结果优化了条带钻孔布置方案；现场试验表明，煤巷条带的实际预抽达标时间与数值模拟的相对误差为7.9％，验证了煤巷条带穿层割缝钻孔布置优化方法的合理性。

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目录

1 绪论

1.1引言

1.2研究现状

1.3问题的提出

1.4研究内容及技术路线

2 高压水射流割缝缝槽形态及其尺寸

2.1高压水射流割缝缝槽形态

2.2射流割缝缝槽尺寸

2.3本章小结

3 煤巷条带穿层割缝钻孔布置优化研究

3.1高压水射流割缝后煤层瓦斯的流-固耦合模型

3.2钻孔抽采影响半径研究

3.3割缝钻孔布置方式研究

3.4煤巷条带预抽达标时间研究

3.5本章小结

4 重庆某矿W2704S回风条带钻孔布置优化试验

4.1试验点概况

4.2煤巷条带钻孔布置优化分析

4.3煤巷条带区域防突措施检验

4.4煤巷掘进效果分析

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录