高压水射流煤层切槽卸压效果的数值模拟

应用数值模拟方法验证了高压水射流切割技术能够克服地质条件等诸多因素的限制,实现本层煤的卸压,卸压范围可达到5m以上,卸压效果较好。

高压水射流切槽煤层卸压机理

针对开采保护层不能实现本层煤解放的问题,将高压水射流切割技术应用于煤层卸压。通过应用边界理论研究高压水射流切割煤体的过程,揭示了高压水射流切槽煤层冲击地压解危机理。由于射流随喷头后退式移动,因而射流是紧贴着割开的煤层的壁面而流动,将受到固壁摩擦阻力的作用,在切槽中形成三面附壁射流。应用量级比较法和量纲和谐原理计算了射流最大流速,应用应力波在煤体中的传播理论计算了最大切割深度,并对煤体切槽后的卸压范围进行了估算。结果表明,将高压水射流切割技术用于煤层卸压,不仅能够实现本层煤的卸压而且可能克服地质条件等诸多因素的限制,煤体切槽后卸压范围可达到5 m,卸压效果较好。该方法用于煤层卸压有发展前景。

围压下切槽煤体卸压增透应力损伤演化模拟分析

为了分析实施水力割缝、冲孔等水力化卸压增透技术后的煤层在煤巷掘进中发生的煤壁片帮、打钻卡钻等问题,采用物理相似模拟结合颗粒流软件PFC数值模拟的方法,模拟分析了围压条件下切槽煤层内部应力、裂隙的动态演化过程,探讨了煤层切槽后的损伤破坏特征。结果表明:煤层内有多个切槽分布时,相邻切槽端出现应力集中且煤体损伤发育,而切槽面上下侧煤体的卸压作用显著;随着切槽厚度的增大,切槽面卸压效果增强,煤体易损伤变形,孔隙率随之显著增大。煤层内切槽会增强煤体应力场和裂隙场的不均一性,切槽端和边界处应力集中使煤体不稳定,设计合理的切槽尺寸是降低煤巷打钻与巷道维护难度的有效方法。