可控冲击波松软低渗煤层顶板增透裂纹及损伤演化规律
乔国栋1
刘泽功1
高魁1
张永民2
赵有志3
李永元4
傅师贵1
张健玉5
王子1
杨帅1
张鑫1
1.安徽理工大学安全科学与工程学院,安徽淮南 2320012.西安交通大学电气工程学院,陕西西安 7100493.西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安 7100494.华能煤炭技术研究有限公司,北京 1000705.蚌埠学院材料与化学工程学院,安徽 蚌埠 233030
摘要：可控冲击波技术作为一种新型煤层增透技术,具有安全可靠、能量利用率高、冲击次数及能量可控等特点,在改造煤层渗透率和强化瓦斯抽采方面有着良好应用前景.针对松软低渗煤层瓦斯抽采效果差、有效抽采时间短等问题,提出使用基于可控冲击波的松软低渗煤层顶板增透技术,然而不同放电电压循环冲击载荷下煤岩的裂纹扩展及损伤演化规律尚不明确,无法为关键工艺参数确定提供指导.根据相似准则构建煤岩组合物理模型,在实验室内自主搭建能够对物理模型进行不同放电电压循环加载的可控冲击波相似模拟试验平台,开展可控冲击波松软低渗煤层顶板增透相似模拟对比试验.提取模型表面宏观裂纹,分析不同放电电压下裂纹分布形态及演化模式;使用数码相机及Matlab-Ncorr开源散斑处理软件对模型表面位移场进行反演;建立了损伤因子与超声波波速之间的数学关系,定量化表征模型内部三维损伤演化规律.结果表明:放电电压和次数在可控冲击波松软低渗煤层顶板增透过程中起着关键作用,高电压下裂纹密度大,扩展速度快,放电次数增多可促进裂纹发展,形成"扇形"裂纹网络,优化增透效果;随着放电次数增加,煤岩模型的竖直和水平位移增大,位移量与放电电压正相关,位移的增加促进了煤岩体的裂纹扩展,提供了更多空间供瓦斯运移,有助于煤层卸压增透;可控冲击波循环冲击载荷作用下的煤岩损伤为累积性过程,损伤因子与放电次数和放电电压呈正相关关系;致裂钻孔及煤岩交界面附近煤岩损伤严重,高电压下损伤加速演化,最终形成完全损伤区域,推动煤层增透效果的提升.试验阐明了不同放电电压循环冲击载荷作用下裂纹、位移及损伤的动态响应特征,为工程参数的选取和优化提供了参考.
关键词：可控冲击波高压电脉冲液电效应煤层增透瓦斯抽采循环冲击载荷损伤演化
分类号：TD712.6(矿山安全与劳动保护)
资助基金：华能集团总部科技项目(HNKJ20-H87)国家自然科学基金(52074013)国家自然科学基金(52374179)
论文发表日期：2025-11-30
在线出版日期：2025-12-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：18( 4897-4914 )
英文信息