扩孔造穴煤体降能消突机理数值分析
杨淑晴1
张浩2
张雷1
韩文彬3
郝志会3
张迪3
常家美1
车志鹏1
赖先基1
1.太原理工大学 安全与应急管理工程学院,山西 太原 0300242.太原理工大学 安全与应急管理工程学院,山西 太原 030024;晋能控股煤业集团有限公司,山西 大同 0370373.国能神东煤炭集团有限责任公司 保德煤矿,山西 忻州 036600
摘要：扩孔造穴技术在松软煤层瓦斯强化抽采过程中获得了广泛应用,然而鲜有研究从突出潜能演化的角度揭示扩孔造穴煤体的降能消突机理.因此,采用FLAC3D-COMSOL Multiphys-ics序贯耦合的数值求解方法,对扩孔造穴煤体的卸荷损伤、瓦斯扩散-渗流特性演化及卸压瓦斯运移行为进行数值分析,进而厘清煤体突出潜能时空演化规律,揭示扩孔造穴煤体的降能消突特征,分析造穴半径、造穴长度、造穴间距以及钻孔间距等因素对煤体降能消突的影响.研究结果表明:扩孔造穴过程中,造穴硐室四周煤体发生了卸荷损伤,导致煤体中形成了弹性能降低区、弹性能增高区、原始弹性能区,同时煤中瓦斯扩散-渗流特性提高了 2～3 个数量级,抽采过程中瓦斯压力-瓦斯膨胀能迅速降低;此外,随着造穴半径和造穴长度的增加,煤体的降能消突范围随之增大,但弹性能的能量集中程度也不断提高;随着造穴半径由 0.2 m增加到 0.8 m,弹性能降低区半径由1.4 m增加到3.5 m,抽采10 d时瓦斯膨胀能的有效降能半径由1.9 m增加到3.7 m,弹性能的能量集中系数由 1.33 增加到 1.58;随着造穴长度由 0.5 m增加到 1.5 m,弹性能降低区半径由 1.9 m增加到 2.9 m,抽采 10 d时瓦斯膨胀能的有效降能半径由 2.8 m增加到 3.8 m,弹性能的能量集中系数由 1.33 增加到 1.46;最后,降低造穴间距和钻孔间距可以消除造穴硐室之间的弹性能增高现象,同时瓦斯膨胀能降低速度也明显加快.
关键词：扩孔造穴卸荷损伤煤与瓦斯突出瓦斯抽采突出潜能
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52104210)中国博士后科学基金资助项目(2022M710595)山西省基础研究计划青年资助项目(202303021212073)
论文发表日期：2025-05-31
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 55-68 )
英文信息