在中国,煤层透气性较差是一个普遍存在的问题,尤其是在高瓦斯低透气性煤层的情况更加突出。随着煤矿开采深度的增加,地应力水平上升,导致煤层透气性系数进一步降低,这不仅使得单个钻孔的有效影响范围变小,而且预抽钻孔工程量增大,抽放效率低下。为解决这一问题,传统的瓦斯抽放方法常常难以奏效。因此,研究高效卸压增透技术以提高矿井瓦斯抽放率、消除煤层突出危险性,已成为煤矿安全科研人员的重要课题。
本文探讨了高压水射流多孔割缝技术对煤层应力及位移变化的影响,并通过数值分析手段评估该技术在整体卸压方面的应用效果。研究的核心在于如何通过多孔割缝技术有效解决低透气性煤层的卸压问题,特别是在提高瓦斯的抽采效率方面。使用FLAC3D软件模拟分析,表明多孔割缝后的煤层在1米范围内应力可降低超过65%,位移变化超过4.11mm,而在3米范围内的煤层能够实现整体卸压效果。
在工程应用中,通过FLAC3D软件建立三维模型,分析多个钻孔割缝后煤层的应力与位移变化,研究割缝孔之间相互作用和影响,以及缝槽上方煤体的整体变化情况。模型参数包括煤层尺寸、缝槽尺寸、缝槽间距、模型倾角、缝槽倾角以及边界条件等。通过模拟分析发现,多个缝槽之间的相互作用可以有效形成裂隙网络,不仅在缝槽周围造成煤体向缝槽方向位移,而且促进煤体透气性增加。
前言部分也提到了,随着煤矿开采深度的增大和地应力水平的增高,使得煤层的透气性进一步下降,这对矿井的安全生产构成了严重威胁。传统的瓦斯抽放方法,在这种条件下效率很低,因此开发和应用新的卸压增透技术迫在眉睫。本文提出的多孔割缝技术,通过在煤层中实施高压水射流割缝,显著提高了抽放孔的有效影响半径,减少了钻孔施工的工程量,节约了人力和物力。
为了深入理解多孔割缝后煤层的卸压增透效果,本文还建立了两个具有代表性的模型:一个是三个平行缝槽模型,用于研究缝槽单层布置的相互影响;另一个是交叉缝槽模型,用于研究分层交叉布置时的情况。模拟结果显示,在缝槽相互影响下,煤体的应力等值线会发生变形,各个钻孔的卸压影响区相互交叉,形成整体的卸压区。此外,研究还发现,多次割缝作业会增加煤体透气性,但需要注意的是,缝槽边缘可能会出现应力集中的现象。
此外,本文的研究结果对于区域瓦斯治理具有重要意义。通过多孔割缝技术,可以形成裂隙网络,进而充分卸压煤体,提高其透气性,从而提升瓦斯的抽采率。这种技术的应用前景广阔,不仅限于提高矿井瓦斯抽放效率,还可以有效消除煤层的突出危险性,具有重要的安全意义。
文章最后还提到了实验和现场应用的成果,实验证明,通过模拟分析得到的数据和结论是可靠的,多孔割缝技术在实际应用中可以有效地使割缝孔之间相互作用,形成裂隙网络,煤体得到充分卸压,增加煤层的透气性,提高瓦斯抽采率。
关键词:多缝槽、卸压、应力分布
本文的研究为多孔割缝技术在煤层卸压中的应用提供了理论依据和实际操作指导,对于提升瓦斯抽采率和煤矿安全具有重要的指导意义。同时,本文的数值分析方法为后续研究提供了可行的研究路径和思路。