煤炭科学技术

作者：纪翔, 潘红宇, 李树刚, 张天军, 林海飞, 肖鹏, 王宁, 尚宏波,

关键词：双防钻孔, 钻孔间距, 裂隙扩展, 钻孔协同变形, 相关性分析,

瓦斯抽采钻孔和防冲卸压钻孔协同布置能有效防治深部矿井煤与瓦斯突出−冲击地压复合灾害，但不合理的布孔间距可能会导致裂隙扩展和钻孔协同变形，诱发串孔、塌孔等影响瓦斯抽采效率。为研究此类双钻孔结构煤体破坏过程中裂隙扩展和钻孔变形特征，采用煤体变形破坏数字图像观测试验平台，开展不同钻孔间距含双孔煤体变形破坏试验。根据试样表面全场变形数据及应力−应变曲线，计算试样破坏过程的表面应变场、裂隙张开与错动情况、钻孔张缩量等参数，精细化分析孔周煤体裂隙扩展和钻孔变形特征。引入Pearson相关系数，探究不同孔间距煤体裂隙扩展相关性和钻孔协同变形特征。研究结果表明：① 随着钻孔间距的增加，试样的弹性模量、峰值强度、弹性应变能和试样表面开始产生裂隙的应力阈值呈现先增大后减小的趋势；试样的破坏模式表现为由岩心破坏到独立破坏，再到边界破坏的过程。② 在加载初期，裂隙张开量和错动量基本保持稳定，左右两侧钻孔出现微小滑移错动，钻孔张缩量仅发生小幅度降低；在加载中后期，裂隙不断张开、错动，钻孔承受较大应力集中，其张缩量迅速下降，直接导致试样破坏。③ Pearson相关系数可直观显示裂隙之间的相互作用。不同钻孔间距的3组试样裂隙扩展过程的相互作用存在显着差异，试样SH-25 mm和SH-50 mm的裂隙张开量相关性较高，在整个破坏过程中左右两侧钻孔孔周裂隙趋向于同步发展；试样SH-37.5 mm的最大裂隙张开量相关性最低，孔周裂隙更倾向于独立扩展。④ 钻孔张缩量C变化具有显著的相关性，钻孔间距较小时(SH-25 mm)，双孔间相互影响程度较大，左、右两侧钻孔趋于协同变形；最优孔间距下(SH-37.5 mm)，试样左右两侧钻孔表现出显著的弱相关性；钻孔间距较大时(SH-50 mm)，左、右两侧钻孔变形相关性系数R为负，并表现出较强的相关性。⑤ 结合试样力学特性、裂隙扩展规律和钻孔变形特征分析，钻孔间距为37.5 mm的试样在布置上表现出更优的稳定性，故双防钻孔布置间距为1.5 m，可保证卸压钻孔降低煤层压力时，提高瓦斯的抽采效果。

来源：2025年第9期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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