摘要
我国贵州地区煤层地质条件复杂，多以煤层群的形式赋存，在复杂的地质运动作用下形成了松软煤层或构造煤与原生煤并存的复合煤层，这些松软煤层的渗透率低，瓦斯难以高效抽采，煤与瓦斯突出严重。实践证明高压水射流冲孔技术可以有效对煤层卸压增透，显著提高瓦斯抽采效果。高压水射流冲孔技术即通过穿层钻孔至目标煤层，高压旋转水射流冲刷出大量松软煤体，在煤层中形成直径较大的洞室，这种方法一方面为煤体的膨胀变形提供了空间，另一方面增加了洞室周围煤体的渗透率，因此显著提高了瓦斯抽采效果，从而消除煤与瓦斯突出危险性。 煤体在地质构造作用下变得松软易破碎，煤体的物理微观结构发生改变，孔隙裂隙系统更为发育，软煤的微孔和小孔孔容分别是硬煤的1.37倍和1.72倍，比表面积比分别是硬煤为1.43倍和1.59倍。煤体微孔和小孔孔容的增大导致吸附解吸能力的增加，软煤的前期解吸速度明显高于硬煤，软煤在解吸实验前5min的解吸量已达到总解吸量的50%，而硬煤则需要25min才能达到总解吸量的一半。平均瓦斯放散初速度Δp为37.5mmHg，是硬煤的2.03倍。复合煤层中软煤的平均坚固性系数为0.5，硬煤的平均坚固性系数为1.9，二者存在明显差异。 通过数值模拟的方法从单孔和双孔洞室周围煤体的塑性区体积、应力分布和瓦斯压力等方面揭示了水力冲孔后的卸压增透机制，水力冲孔后洞室周围煤体出现塑性区和二次应力分布，洞室之间的煤体水平应力降低，垂向应力增加，出现应力集中现象，然后在地应力的挤压破碎作用下向外侧转移。然后进行双孔模拟，从半径相同，洞室间距不同和洞室间距相同，半径不同两个方面综合考虑卸压区范围和瓦斯抽采效果，确定了冲孔半径为0.5m时，洞室间距为8m为最佳布孔方案。 采用水力冲孔技术在新田煤矿4#突出煤层进行现场试验，结果表明，高压水力冲孔后，高浓度瓦斯抽采时间提高了5倍，180d内平均百米纯量提高了3倍左右。1402切眼785m处至940m控制范围内的4#煤层残余瓦斯含量和残余瓦斯压力均大幅度下降，瓦斯抽采效果显著提高，即在评判范围内有效的消除了煤层的突出危险性。
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