水力冲孔造穴作用下煤体增透效应与瓦斯流态转捩规律研究
苏伟伟
煤炭科学研究总院有限公司,北京 100013;中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 113122;煤矿灾害防控全国重点实验室,辽宁 抚顺 113122
摘要：为探究水力冲孔造穴作用下煤体的增透机理及瓦斯运移规律,基于煤层内部多流态并存与多物理场耦合作用特征,系统揭示造穴参数对煤体渗透性演化及瓦斯抽采响应的影响机理.基于多流态转捩思想,构建了瓦斯渗流理论与应力场、吸附变形场相耦合的多物理场全耦合模型,对煤层内部瓦斯流态进行了区分,揭示了瓦斯流动由层流向湍流转捩的特征;基于球形颗粒假设,推导了造穴后塑性破碎区渗透率表达式;结合有效应力原理与吸附诱导变形理论,建立了弹性区渗透率的动态演化模型,通过瓦斯流动场与煤岩应力场耦合,实现了多流态转捩过程及应力-渗流-吸附相互作用的统一描述.以沁水盆地SX006-1 井为工程实例,采用现场实测瓦斯压力数据对模型进行验证,模型计算结果与现场压力监测数据吻合良好,能够较为准确地反映水力冲孔造穴条件下瓦斯抽采过程中压力的时空演化特征.结果表明:水力冲孔造穴显著改变了煤层局部应力分布,形成以造穴为中心的柱状塑性破碎区,强化了卸荷与结构破碎效应,并诱发更大范围的微裂隙扩展与孔隙连通,从而提高了煤体的整体渗透性;随着造穴孔径的增大,煤层内部逐渐形成环状增渗区,影响范围持续扩大,渗透性明显增强,瓦斯运移能力与抽采效率同步提升;塑性破碎区内的瓦斯流动表现出由层流向湍流发展的流态转捩特征,而忽略湍流效应将导致流速与压力分布的明显偏差;水力冲孔造穴通过应力卸荷、结构破碎及孔隙连通协同作用实现了煤体增透,其增透效应受造穴孔径影响显著;孔径增大可强化卸荷增透与瓦斯压降效果,但渗透率提升呈非线性特征,当孔径超过一定范围后增透效益趋于饱和,且孔径过大可能带来排渣效率降低与施工风险增加等问题.
关键词：水力冲孔造穴卸荷增透多场耦合瓦斯抽采数值模拟
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(U23B2094)国家自然科学基金(52474235)
论文发表日期：2026-02-20
在线出版日期：2026-03-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 15-24 )
英文信息