水力冲孔防突措施的破煤理论分析

为了确定不同硬度的煤在高压水射流破煤时所需的破煤压力,以淮南矿业集团潘三矿和谢桥矿为试验点,通过理论计算把实际用的多喷嘴转化为计算用的当量喷嘴,通过当量直径和流量系数计算出水射流的压力,再扣除管路系统的压力损失就能得出高压水射流的出口压力.再结合矿井的实际条件可知实验煤层的坚固性系数,通过拟合的煤层抗压强度与煤的坚固性系数关系σc=10f就可得出煤的临界抗压强度.从而得出水力冲孔高压水射流所需的破煤压力,理论分析并结合实际考察得出合理的破煤压力取8~15MPa比较合理.

水力冲孔措施研究进展及存在问题分析

论述了水力冲孔卸压增透措施的研究进展,指出了水力冲孔措施所存在的一些问题,并对水力冲孔的研究方向进行展望。结果表明:高压水射流的应用发展为水力冲孔的研究提供坚实基础,现场考察手段能较好检测消突效果及卸压增透范围,数值模拟的运用极大地促进了水力冲孔措施的研究;现阶段对不同类型煤的最佳破煤压力及合理冲出煤量缺少研究,现场考察水力冲孔有效影响半径存在一定误差,且需要大量投资和人力,数值模拟普遍未考虑煤的塑性、煤层渗透率和孔隙率的动态变化;今后应加强水射流破煤机理方面的研究,在考虑煤存在流变特性、扩容膨胀效应和瓦斯吸附解吸特性的基础上,寻求水力冲孔数值模拟计算方法,不断优化模型以及考察精度。

基于光滑粒子流体动力学耦合有限元方法的水射流破煤参数数值模拟分析

利用非线性冲击动力学软件LS-DYNA,采用光滑粒子流体动力学(SPH)耦合有限元单元(FEM)方法,模拟了高压水射流微观破煤过程。根据模拟结果,红岭煤矿二1煤层水力扩孔最佳喷嘴直径为2.0~2.5 mm,临界破煤压力为10 MPa,最佳破煤压力为20~22 MPa。

不同扩孔半径下的钻孔水力压裂数值模拟研究

利用RFPA数值模拟软件构建了钻孔水力压裂数值物理模型,分析了应力平衡状态对钻孔水力压裂的影响,研究了不同扩孔半径下的钻孔水压裂纹的发展演化规律。研究得出:破煤压力在钻孔开挖完待应力平衡后加载水压明显降低;随着钻孔扩孔半径的增加,破煤压力、分支裂纹初现水压、最终水压及平均范围角都将降低,水压主裂纹的长度将增加。研究为煤矿井下现场实施水力压裂技术提供了一定的理论支撑。

Experimental Study on Coal-Breaking Pressure for Compressed Air

Based on lab model experiments and through the limit analysis, the theoretical formula of calculation coal breaking pressure with compressed air was derived. The experimental result shows that blasting pressure must exceed 84.0MPa to break coal with compressive strength of 13.2MPa. The research provides an important theoretical basis for the design of airshooting mining and industrial tests.

“三软”高突煤层水力冲孔工艺优化

针对豫西孟津煤矿水力冲孔存在的问题,从水力学理论、钻孔布置及冲孔工艺进行了详细的分析。通过把多喷嘴转化当量喷嘴,计算了当量直径和流量系数确定的水射流的压力。提出了射流压力与瓦斯压力的同向作用和反向作用,经过选取有效的冲孔钻具,优化钻孔布置方式,采用先下后上二次冲孔工艺实现了在透气性较差煤层的快速消突。现场考察说明该措施能很好的消除突出危险,掩护煤巷掘进速度由小于35 m/月提高到了115m/月。