水射流切槽诱导高瓦斯煤体失稳喷出机制与应用

发布时间：2018-08-02 12:41

【摘要】：针对钻孔内水射流切槽诱发煤体失稳喷出问题,探讨了在水射流破煤与瓦斯压力作用下的煤体切槽诱导失稳喷出机制,并推导了诱导失稳发生的判据公式。基于古汉山矿10631运输巷二1煤层,采用ANSYS软件数值模拟分析了切槽煤体应力分布及演化特征;并基于裂纹扩展试验分析了水射流冲击煤岩断裂特性;最后,进行了现场试验与应用。数值模拟和实验室试验结果表明:围压条件下,切槽煤体周围会形成应力显著变化区,且随切槽深度的增加而扩大和增强;大直径水射流冲击破断煤岩分为初期响应、稳定破坏和断裂突变3个阶段,煤岩破裂具有瞬时性。现场试验应用表明,水射流切槽会诱发煤体失稳移动,失稳喷出现象与理论分析较吻合,切槽诱导失稳钻孔的累计和瞬时瓦斯排放量是常规钻孔的3~4倍,有利于提高钻孔瓦斯抽采能力和防治矿井煤与瓦斯突出。
[Abstract]:Aiming at the problem of coal body instability ejection induced by water jet cutting in borehole, the mechanism of induced instability ejection under the action of water jet breaking coal and gas pressure is discussed, and the criterion formula of induced instability is deduced. Based on No. 1 coal seam of No. 10631 transport lane in Guhanshan Coal Mine, the stress distribution and evolution characteristics of tangent coal body are simulated by ANSYS software, and the fracture characteristics of water jet impinging coal and rock are analyzed based on crack propagation test. Field test and application were carried out. The results of numerical simulation and laboratory tests show that under confining pressure, the stress around the tangent coal body changes significantly, which expands and strengthens with the increase of the tangent depth, and the large diameter water jet impinges the broken coal rock into initial response. The coal and rock fractures are transient in three stages of stable failure and fault mutation. The field test results show that water jet slotting can induce unstable movement of coal body, and the phenomenon of instability ejection is in good agreement with theoretical analysis. The accumulative and instantaneous gas discharge of slot induced unstable borehole is 3 ~ 4 times of that of conventional borehole. It is propitious to improve the gas drainage ability of borehole and prevent coal and gas outburst.
【作者单位】：煤炭科学技术研究院有限公司安全分院;煤炭资源高效开采和洁净利用国家重点实验室;中国矿业大学安全工程学院;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2011CB201206) 国家油气重大专项资助项目(2011ZX05040-001,2011ZX05063-009)
【分类号】：TD712

【参考文献】

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1 ;水力割缝新工艺的研究[J];煤矿安全;1982年09期

2 刘明举;赵文武;刘彦伟;魏建平;;水力冲孔快速消突技术的研究与应用[J];煤炭科学技术;2010年03期

3 周世宁;孙辑正;;煤层瓦斯流动理论及其应用[J];煤炭学报;1965年01期

4 常宗旭;愪保平;赵阳升;赵隆茂;;煤岩体水射流破碎机理[J];煤炭学报;2008年09期

5 李晓红;卢义玉;赵瑜;康勇;周东平;;高压脉冲水射流提高松软煤层透气性的研究[J];煤炭学报;2008年12期

6 黄炳香;;煤岩体水力致裂弱化的理论与应用研究[J];煤炭学报;2010年10期

7 林柏泉;孟凡伟;张海宾;;基于区域瓦斯治理的钻割抽一体化技术及应用[J];煤炭学报;2011年01期

8 沈春明;林柏泉;吴海进;;高压水射流割缝及其对煤体透气性的影响[J];煤炭学报;2011年12期

9 董方庭，宋宏伟，郭志宏，鹿守敏，梁士杰;巷道围岩松动圈支护理论[J];煤炭学报;1994年01期

10 袁亮;秦勇;程远平;孟建兵;申建;;我国煤层气矿井中—长期抽采规模情景预测[J];煤炭学报;2013年04期

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1 王闯,梁晓丹,宋宏伟;锚杆支护在土木工程中应用的现状与发展[J];安徽建筑;2002年01期

2 龙芝辉,汪志明,王小秋,陈文亮;射流作用下岩石局部渗流压力分布的研究[J];地下空间与工程学报;2005年S1期

3 王学滨;潘一山;李英杰;;围压对巷道围岩应力分布及松动圈的影响[J];地下空间与工程学报;2006年06期

4 龚建伍;夏才初;朱合华;;鹤上隧道围岩松动圈测试与分析[J];地下空间与工程学报;2007年03期

5 段艳燕;宋宏伟;;岩石峰后剪胀效应研究综述[J];地下空间与工程学报;2007年06期

6 吕兆海;来兴平;;松动圈测试技术在巷道支护设计中的应用[J];地下空间与工程学报;2009年02期

7 李倩;卢义玉;李晓红;康勇;赵瑜;;空泡在水射流中初生和溃灭的数值计算[J];地下空间与工程学报;2009年06期

8 李政林;吴瑞祥;李龙剑;王晓艳;;基于损伤理论的隧道围岩松动圈确定方法[J];地下空间与工程学报;2011年06期

9 李英杰;潘一山;张顶立;;岩石孔洞试件变形破坏的电测法实验[J];北京交通大学学报;2011年04期

10 马飞;宋志辉;;水射流动力特性及破土机理[J];北京科技大学学报;2006年05期

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2 高文学,刘运通;岩石动态损伤的数值模拟[J];北京工业大学学报;2000年02期

3 李祥春;聂百胜;何学秋;;振动诱发煤与瓦斯突出的机理[J];北京科技大学学报;2011年02期

4 王肖钧,胡秀章,李永池;高速碰撞中的有限元方法及其应用[J];爆炸与冲击;1993年04期

5 陈腊娇;冯利华;;基于AutoCAD日径流过程的分维计算和分析[J];长江科学院院报;2006年06期

6 韩金轩;杨兆中;李小刚;路艳军;;我国煤层气储层压裂现状及其展望[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2012年03期

7 李同林;水压致裂煤层裂缝发育特点的研究[J];地球科学;1994年04期

8 王恩元,何学秋,窦林名,周世宁,聂百胜,刘贞堂;煤矿采掘过程中煤岩体电磁辐射特征及应用[J];地球物理学报;2005年01期

9 蔚远江,杨起,刘大锰,黄文辉;我国煤层气储层研究现状及发展趋势[J];地质科技情报;2001年01期

10 韩宝平;任丘油田雾迷山组白云岩储集层的渗透性试验研究[J];地质科学;2000年04期

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3 ;改进切槽的方法[J];机床与工具;1956年08期

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5 马文陡;王启江;;斜面式切槽刀[J];液压工业;1985年04期

6 陈益蔚;经圣宝;;切槽炮孔切槽参数的研究[J];爆破器材;1991年01期

7 武国栋;组合式切槽刀[J];机械工人.冷加工;1994年10期

8 宋金山;切槽方法综述与发展[J];石材;1995年01期

9 贾晓鸣,于得军;切槽刀的合理选择和正确使用[J];机械工人.冷加工;1995年06期

10 陈乐光;半自动卧式专用切槽机设计[J];机械;1996年04期