深部煤层水压爆破裂纹扩展规律

摘要

深部煤层的地应力高、瓦斯含量高、渗透系数低,严重威胁煤炭的高效安全生产,必须进行强化增透以提高瓦斯的抽采率。水压爆破具有传能效率高、安全性好的特点,可应用于深部煤层增透。为研究深部煤层水压爆破裂纹扩展规律,基于LS-DYNA数值模拟,分析了不同的地应力、不耦合系数、耦合介质等条件下煤层的致裂效果。结果表明:地应力对水压爆破产生的冲击荷载有削减作用,地应力增大致使煤层裂纹长度变短,裂隙区范围减小,地应力在1~20 MPa范围内时,随着地应力的增大,爆破应力波的衰减逐渐减弱;不耦合系数处于1.0~3.0区间时,随着不耦合系数的增大,破碎区范围减小,裂隙区范围先增大后减小,煤层水压爆破裂纹扩展范围先增大后减小,不耦合系数为2.0时,爆破致裂效果最佳;采用不同的耦合介质爆破时,水介质耦合下爆破煤层裂隙区范围大于空气介质,水介质条件下爆破产生的有效应力最大值是空气介质下的1.35倍,水介质更有利于煤层裂纹的扩展发育。研究成果对于深部煤层水压爆破致裂增透工程实践具有一定的指导作用。