桂箐煤矿水力冲孔卸煤量对增透效果的影响研究

摘要

本文针对桂箐煤矿煤质松软、透气性低、水力冲孔扩煤量、布孔参数选择不合理的问题，通过现场测试、理论分析、数值模拟和跟踪考察相结合的方法展开研究。结合煤层宏观特征、微观结构及扩散实验对M9煤层的突出危险性进行分析；阐述水力冲孔作用机理并对冲孔后钻孔周围应力重新分布状态进行分析，为此得到卸压区半径和塑性区半径与孔洞半径大小关系；在考虑克林伯格效应条件下，以瓦斯渗流、渗透率变化等方程为基础，建立煤体瓦斯流动的流固耦合模型，对水力冲孔不同冲出煤量卸压增透效果进行研究；通过现场应用与效果考察，验证了数学模型的可靠性。论文主要取得了以下研究成果： （1）得出钻孔周围塑性区和卸压区半径与等效孔洞大小关系，可知增大等效孔洞，即增大扩煤量，可以增大卸压区和塑性区半径，提高钻孔周围煤层透气性，缩短预抽瓦斯时间。 （2）考虑低压条件下边界层分子扩散克林伯格效应的情况，结合瓦斯渗流场方程、渗透率变化方程和煤岩体的变形控制方程，建立了煤体瓦斯流动的流固耦合模型。 （3）采用Comsol Multiphysics数值模拟软件模拟了钻孔周围应力变化及单孔冲出煤量为0.5t/m、1t/m、1.5t/m时不同抽采时间下的抽采有效影响半径，研究了钻孔周边煤体卸压增透规律，得到了抽采有效影响半径与单孔每米扩煤量符合幂函数关系式 ? Br Am ；确定桂箐煤矿穿层钻孔水力冲孔冲出煤量1t/m为宜，布孔排间距5m，孔底间距5m，抽采时间3个月。 （4）根据冲出煤量对水力冲孔增透效果影响的数值模拟结果，在桂箐煤矿和其赋存条件相似的罗卜安煤矿进行了水力冲孔措施的应用与效果考察，残存瓦斯含量达到消突有效性指标，抽采率分别由12.2%、9.62%提高到53.5%、57%，其中罗卜安煤矿平均月掘进速度由原来的10-15m提高到46m，增加了2.1-3.6倍，验证了数学模型的可靠性。

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