金刚石串珠绳锯煤层割缝的相似模拟试验分析

为把握金刚石串珠绳锯煤层割缝的卸压效应,结合开滦矿区某矿5号煤层煤柱割缝的工程实际,采用相似材料模拟试验研究了缝槽顶底板移动和应力分布规律,通过理论分析了顶板下沉触底的机理。研究表明:绳锯切割煤层形成缝槽后,在缝槽上下方煤岩中形成了应力集中区、应力降低区和应力恢复区,并在缝槽上方形成了小范围的裂隙带及弯曲下沉带;缝槽上方1.5 m范围内卸压效果较好,距离缝槽越近卸压效果越好。建立金刚石串珠绳锯切割煤层理论模型探讨了缝槽顶板弯曲触底、断裂触底两种形式,提出了相应的条件判别式。研究结果对于金刚石串珠绳锯切割煤层卸压具有一定的指导意义。

煤层水力割缝自吸磨料喷嘴特性与参数

针对煤矿纯水射流割缝遇硬煤失效,而磨料射流割缝技术难以实现磨料连续添加等问题,基于引射原理,采用前后双喷嘴结构,设计出一种自吸式磨料射流割缝喷嘴,可以连续吸入割缝产生的煤粒形成磨料射流,提高割缝能力.通过液固两相数值模拟,发现煤粒在喷嘴内经历了3个加速阶段:吸入口加速段、混合腔加速段和后喷嘴加速段.以提高吸入量和最终煤粒的速度为指标,得到喷嘴的最优结构:前喷嘴直径为3 mm,后喷嘴直径为5 mm,后喷嘴长度15 mm.对比割缝实验结果表明,自吸式磨料射流割缝喷嘴的割缝效率较传统割缝喷嘴明显提高.

水力割缝增透抽采煤层瓦斯原理及应用

煤层瓦斯抽采是避免煤矿瓦斯灾害发生的根本防治措施,水力割缝技术使煤体在割缝后应力松弛、卸压、破坏、破裂,以成倍或者十几倍地提高煤层的渗透性,继而对煤层瓦斯进行抽采,使瓦斯煤层变为低瓦斯或无瓦斯煤层,从根本上避免瓦斯灾害发生。从水力割缝技术切割煤层致煤层应力变化角度,将理论分析和数值模拟方法相结合,根据渗流力学平面径向流理论,分析给出水力割缝技术增透抽采瓦斯原理。以兖州东滩矿3号煤层为例,分析采用水力割缝技术前后煤层应力变化、渗透率变化规律。结果表明:大面积割缝后,应力重新分布,由均匀状态转变为非均匀状态分布,水平缝使煤层卸压,煤层应力普遍降低,在缝上部煤层局部形成拉应力区。割缝后渗透率是割缝前的4.34倍,渗透率大幅度增加,从而提高瓦斯抽采速度和最终抽采率。

低渗透煤层金刚石串珠绳锯切割卸压增透机理及应用

为探求金刚石串珠绳锯煤层割缝卸压增透机理,结合开滦矿区某矿煤层绳锯割缝的工程背景,采用相似模拟试验研究了绳锯煤层割缝缝槽上下方煤岩层裂隙、应力、位移分布特征,建立了煤样3次等压循环加卸载应力-渗透率公式,基于FLAC^(3D)开发了煤层瓦斯渗透率计算程序,通过数值模拟分析了绳锯切割过程中缝槽上方煤层渗透率分布特征及演化规律,研发了金刚石串珠绳锯煤层割缝系统及工艺,开展了大范围连续煤层割缝试验。研究表明:金刚石串珠绳锯切割煤层形成缝槽后,在上方形成较小范围的断裂带和弯曲下沉带,在缝槽上下方煤体中形成了应力降低区,该区内随着远离缝槽其应力变化幅度减小;金刚石串珠绳锯割缝缝槽上方形成了一定范围的增透区,其分布特征是起割位置附近和收割位置附近渗透率提高幅度大,中间部分由于应力恢复的影响煤体渗透率提高幅度较小;缝槽上方区域的渗透率随着至缝槽距离的增加而逐渐降低,达到某一阈值后,割缝对提高煤体渗透率将失去作用;金刚石串珠绳锯煤层割缝效率约80 m^(2)/h,工作效率和连续割缝范围均大于水力化割缝措施。

金刚石串珠绳锯切割煤层卸压渗流规律分析

金刚石串珠绳锯切割煤层可以实现连续性大面积煤层割缝,为了获得割缝后煤层内部的卸压渗流规律,通过煤体瓦斯渗流试验,得出不同损伤煤样的应力-渗透率拟合公式,并在此基础上采用FLAC^(3D)数值模拟方法,分析割缝后煤层的应力及渗透率分布规律.模拟结果表明:煤层割缝后,缝槽上方和下方的煤岩体应力得到释放,形成卸压区,且卸压效果与缝槽的垂直距离成反比,缝槽左右两侧出现应力集中现象;随着割缝工作面的推进,卸压区与渗透率升高区的范围逐渐扩大;随着缝槽数量的增多,煤层应力降低值和渗透率升高值越大,即增加缝槽数量可以获得更好的卸压增透效果.该研究成果对金刚石串珠绳锯切割煤层的工程实践具有一定指导意义.

钻割一体化设备在高瓦斯低渗透性煤层中的应用

介绍了告成煤矿钻割一体化设备的使用情况。使用结果表明:钻割一体化设备对高瓦斯低渗透性煤层有着良好的卸压增透作用。该项技术可增大煤层透气性,提高瓦斯抽出量,并使顶板集中应力区前移,能有效地降低煤与瓦斯突出危险。该设备是一种煤矿防治煤与瓦斯突出的有效钻探设备。

冰粒磨料射流冰粒加速规律及破碎煤岩数值模拟

为了高效增加煤层透气性强化煤层瓦斯抽采,首次提出采用冰粒磨料代替传统磨料的煤层射流割缝增透新技术,以解决常规磨料射流煤层割缝中出现的堵塞孔隙裂隙等瓦斯渗流通道、增加孔壁摩擦阻力导致卡钻抱死等缺陷。然而,鉴于冰粒磨料与常规磨料的差异性,其加速特性与破碎煤岩效果尚不清楚。采用理论推演法研究了冰粒磨料的加速特性和速度分布规律,在此基础上构建了数值计算模型分析了射流速度、冰粒体积分数以及围压对冰粒磨料射流破碎煤岩效果的影响规律。研究结果表明:(1)冰粒磨料掺入高速流体后获得了先增大后减小加速趋势,最终其速度可接近纯水的速度,大幅提升了冰粒磨料的冲击动能,为后续数值模型冰粒速度的赋值提供了依据;(2)数值计算结果出现V型破碎形态,同时冰粒磨料在冲击煤岩前后出现消融现象,符合现有文献研究结果和工程实际情况,表明所建数值模型具有适用性;(3)煤岩纵向破碎深度随冰粒磨料射流速度的增加而线性增加,横向破碎宽度随速度先增加后趋于稳定,煤岩纵向损伤深度约为纵向破碎深度的1.13倍;(4)冰粒磨料掺入纯水射流后,煤岩的纵向破碎深度和横向破碎宽度均出现大幅增加,随着冰粒磨料体积分数的增加,破碎深度和破碎宽度增加的趋势变缓,煤岩横向损伤直径约为横向破碎宽度的1.3倍;(5)煤岩所受围压大幅抑制了其在冰粒磨料射流冲击下的纵向破碎深度,围压越大,纵向破碎深度越小,而横向破碎宽度却几乎不受围压的影响。研究结果可为冰粒磨料射流煤层割缝技术的工程应用提供一定的理论支撑,同时可进一步完善高压磨料射流破岩理论。