煤炭科学技术

作者：徐刚, 孟子涵, 刘佳伟, 刘晓, 马利伟, 单永科, 金洪伟,

关键词：瓦斯抽采钻孔, 水射流动压, 破碎强度, 扩孔修复增透, 瓦斯浓度,

瓦斯浓度衰减严重、抽采效率低下是我国煤矿瓦斯抽采中亟待解决的技术难题。依据水射流在空气中的射流结构建立了水射流破煤数学模型，应用空腔膨胀理论提出了水射流冲击作用下煤体破碎强度准则，进而得到了水射流破煤深度的计算方法；然后基于水射流对瓦斯抽采钻孔周围煤体的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用阐释了瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透机理，并建立了钻孔周围煤体增透范围计算模型，获得了水射流作用下钻孔周围煤体径向应力、切向应力的分布规律；再采用有限元仿真软件LS-DYNA对水射流破煤过程进行了数值模拟，获得了射流压力作用下破煤深度的变化规律和煤体径向应力、煤体损伤的分布规律；最后研发了瓦斯抽采钻孔扩孔修复增透作业装置并在新安煤矿14250下部底板巷穿层钻孔进行了实践应用。结果表明：水射流破煤深度随射流压力的增大线性增加，随射流距离的增大线性减小，随煤体强度的增大呈幂函数形式减小；水射流对瓦斯抽采钻孔的增透作用包括冲刷解堵作用、扩孔增透作用和冲击损伤作用3个方面，水射流扩大了钻孔半径，增透范围随钻孔半径的增加而线性增大，水射流压力越高煤体径向应力和切向应力越大，钻孔周围煤体损伤范围也越大；形成了以喷头进入煤层段深度、冲出煤岩量和瓦斯浓度为指标的瓦斯抽采钻孔水射流扩孔修复增透效果评价体系。根据修复增透试验情况，喷头进入煤层段深度的比率达到90.5%，单孔冲出的煤岩量可达385.6 kg，扩孔修复增透技术的实施使钻孔等效半径由56.50 mm增大到114.02 mm，增透范围由修复前的67.80 mm扩大到136.82 mm，瓦斯体积分数由修复前的1.40%提升到13.46%，实现了瓦斯抽采钻孔的冲刷解堵作用、扩孔增透作用和瓦斯抽采效果的显著提升。研究成果可为提升煤层瓦斯抽采钻孔的利用效率提供理论依据和技术支持。

来源：2025年第9期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

查看煤炭科学技术杂志2025年第9期