高压水射流扩孔技术的研究

从高压水射流的理论基础和煤岩的失效机理2个方面，对高压水射流扩孔的机理进行了研究。介绍了高压水射流扩孔技术的装备和工艺。对研究开发的高压水射流扩孔技术和装备进行了现场试验研究，取得了好的效果。高压水射流扩孔是提高钻孔抽排效果的一项经济可行的新技术。     

高压水射流扩孔提高穿层钻孔预抽效果的试验

介绍了高压水射流扩孔技术的工作原理、设备、工艺以及现场试验情况。通过 扩大钻孔的直径,从而达到增加钻孔的煤层暴露面积和卸压范围,增大钻孔抽排瓦斯量,提 高钻孔的抽排效果。高压水射流扩孔为提高低透气性煤层的瓦斯抽放效果和扩大防突措施的 效果提供了一个可行的技术途径。     

高压水射流扩孔技术在煤矿H_2S治理中的研究与应用

山东华坤地质公司在长城一矿1904S工作面通过采用高压水射流切割扩孔技术,形成钻孔之间的裂隙整体沟通,实施扩孔后采用脉冲动压注碱水吸附剂,随着工作面回采的推进,利用采动裂隙二次注入碱水吸收剂,对煤体内部H2S进行吸收。不仅有效提高了钻孔施工深度、成孔率和钻孔施工效率。而且保证H2S气体的抽放效果,为煤层H2S综合治理奠定了基础。     

高压水射流扩孔技术在丁集矿的应用

丁集煤矿是高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井,为节省抽放钻孔施工量,在西一采区低抽巷进行了高压水射流扩孔技术应用。通过对2组扩孔和未扩孔抽放钻孔抽放前后的透气性系数、瓦斯压力、瓦斯含量以及抽放量的比较分析,确定高压水射流扩孔技术适用于丁集矿11-2煤层,应用此技术可大幅提高钻孔抽放效率、缩短预抽期、有效降低煤层瓦斯压力、瓦斯含量、增大煤层透气性系数,并至少减少1/2的抽放钻孔施工量。     

高压水射流扩孔在石门揭突出危险性煤层中的应用

介绍了高压水射流扩孔的原理、设备及工艺。通过在新庄孜矿-812 m暗副斜井井底车场揭B4煤层的防突措施中应用高压水射流扩孔技术试验,实现了安全揭开具有严重突出危险性的B4煤层,取得了较好的效果。     

高压水射流装置冲孔参数模拟与试验研究

采用伯努利方程和机械能衡算公式计算了新设计的螺旋杆式水射流冲孔增透装置的射流有效破煤速度。通过数值模拟分析了不同射速时水射流流体状态,依据煤体坚固性系数f和抗拉强度确定了装置的有效冲孔范围,并针对钱家营矿-600m水平7煤层进行了现场试验考证。研究结果表明:通过控制水射流装置的水压与流量可调节水射流出口速度,射速随水压、流量的增加而增加,对煤体产生的破碎范围也随之增加。通过数值模拟与现场试验结果分析,证实了数值模拟研究中依据煤体坚固性系数f与抗拉强度能够客观地确定不同射速下的冲孔范围,为装置的现场应用提供了参数支撑。     

基于Fluent的高压水射流喷嘴优化模拟研究

为了提高高压水射流技术的破煤效率,采用Fluent软件对高压水射流的喷嘴结构和几何参数进行了优化模拟。通过分析水射流的轴向速度和壁面静压分布,选择了最佳的喷嘴结构和几何参数。结果表明:圆柱形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴内部,而锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴外部,且锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度和最大压力均明显大于圆柱形喷嘴,考虑到水射流的附壁效应,锥形喷嘴为最佳选择。锥形喷嘴的最优几何参数为:喷嘴出口直径3 mm,喷嘴锥角7°,喷嘴长度9 mm。高压水射流喷嘴的优化对提高煤层瓦斯抽采效率具有重要意义。     

新型高压旋转水射流扩孔钻具的研制及应用

为了有效预防煤与瓦斯突出,根据掘进工作面主要防突措施的优缺点、防治煤与瓦斯突出的技术原理及水力化局部防突措施的机理,研制了回转式高压旋转接头及扩孔喷头,利用钻机带动钻杆进行高压水扩孔。结果表明:新型高压旋转水射流扩孔钻具可以有效提高煤体的力学强度,降低煤体应力集中,提高低透气性煤层的瓦斯抽放效果,促进瓦斯的释放,增强防止煤和瓦斯突出的能力。     

高压水射流防治煤与瓦斯突出的数值模拟及分析

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,频繁发生的突出事故成为矿工生命安全的主要危害。文章基于RFPA软件建立了高压水射流破煤冲孔的数值模型,并对射流后煤岩的应力变化进行了数值模拟。结果表明,高压水射流冲孔技术能很好地起到煤岩破裂释放瓦斯的效果,达到防治煤与瓦斯突出的目的,具有很好的发展前景。     

高压水射流冲击压力分布规律的研究

为实现对喷嘴结构和参数的优化,设计更适用于煤层钻孔的高压水射流喷嘴,利用射流冲击压力分布测试装置,对高压水射流冲击压力在射流纵横断面的分布及变化规律进行了实验研究,并对射流冲击压力的分布进行了数值模拟。研究表明:在淹没条件下,随着径向距离的增加,射流冲击压力不断降低,射流颗粒具有的能量越来越小;随着轴向距离的增加,存在等速核区,超过等速核区,射流冲击压力明显降低。     

建筑物荷载作用下采空区地下水流失研究

河北邯郸某矿区因发展要求,需在采空区场地新建建筑物,但由于该矿区地质条件的复杂性,建筑物荷载的作用导致了地下水的流失。运用RFPA2D软件,再现了含断层带的采空区在建筑物荷载、承压水共同作用下,由于导水裂隙的生成、扩张、贯通而导致地下水流失的全过程。随后提出并分析了矿井水资源化及其相关问题。结果表明,随着建筑物荷载增大,断层裂隙向下方采空区方向扩展和贯通,造成了浅层地表水向深部采空区渗流汇集。此研究对于如何安全利用采空区场地,保护矿区水资源、防止生态环境恶化有一定的参考价值。     

急倾斜破碎带巷道破裂过程与支护的数值模拟

急倾斜岩层地质破碎带巷道的复修支护是当前困扰矿区生产的技术难题。结合现场实测资料,采用RFPA2D数值计算软件对攀枝花太平煤矿南三运输大巷进行了模拟研究,采用先加载后开挖的顺序,再现了巷道开挖与围岩破坏和垮落过程,分析了破碎带巷道的破坏特征,揭示了巷道变形、破坏的机理是沿着软弱层及层理的拉伸及剪切破坏。据此,提出了合理的支护方案,可为此类巷道的修复支护提供借鉴。     

康家湾矿含水层下采场导水裂隙带发育高度预测

康家湾矿Ⅲ-1矿体为一赋存在含水层下的矿体,为确保其回采的安全,采用RFPA2D对不同结构参数采场导水裂隙带的发育高度进行了模拟,建立了采场导水裂隙带发育高度预测的ANFIS模型,对康家湾矿Ⅲ-1矿体14#采场导水裂隙带的发育高度进行了预测,同时还对其进行了实测.研究结果表明:在矿岩力学参数不变的条件下,矿房跨度、间柱跨度及采空区高度是影响采场导水裂隙带发育高度的关键因素;所建立的采场导水裂隙带发育高度预测的ANFIS模型的拟合精度和预测精度分别达95%和98%以上;采用该模型预测的康家湾矿Ⅲ-1矿体14#采场导水裂隙带的发育高度与实测结果吻合良好.     

RFPA2D在内排土场边坡稳定性分析中的应用

利用东北大学岩石破裂与失稳中心开发的岩石破裂过程分析系统RFPA2D,对宝日希勒露天煤矿内排土场的边坡稳定性进行数值模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,采用强度折减法模拟了岩体变形、破坏,直到边坡岩体发生滑坡的整个过程。算例的模拟分析证明RFPA2D能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,对于复杂的边坡稳定性分析是非常实用的。     

谢桥煤矿1201(3)工作面覆岩导水裂缝带高度预测

煤层采出后,采空区周围的岩层将产生位移、变形、破坏,直至形成导水裂缝带。导水裂缝带一旦波及煤层上覆水体,则会导致水体的水流入或溃入井下,直接威胁煤矿生产。本文针对谢桥煤矿覆岩类型和开采技术条件,参照1121(3)工作面覆岩导水裂缝带高度的实测结果,反演得出谢桥煤矿覆岩破坏的岩体力学参数,建立了数值模拟模型;通过对模拟结果的分析,得出了各影响因素对导水裂缝带高度的影响程度,归结出预测1201(3)工作面覆岩导水裂缝带高度的计算式。为谢桥煤矿预测开采上限提供了重要依据,并且对覆岩破坏的理论研究以及工程实践都具有一定的参考价值。     

短壁开采合理煤柱宽度的确定

为了确保“三下”开采的安全性，本文建立相应力学模型对在短壁开采中留设煤柱的合理宽度进行理论计算；再运用RFPA2D对在短壁式开采中留设不同宽度煤柱的开采过程进行数值模拟，分析比较了留设不同宽度的煤柱对底板和上覆岩层的影响，再现了采动岩体的破坏机理和移动规律。通过理论和数值模拟的综合比较，得出合理的煤柱宽度。为实现井巷保护、资源合理利用和经济的可持续发展提供基础性的依据。     

RFPA2D在井工采动对边坡影响分析中的应用

露天矿边坡下方井工开采是一个普遍存在的问题,给露天矿边坡稳定带来不利影响。文中以平庄西露天矿的顶帮边坡为研究对象,采用RFPA2D分析井工开采对边坡造成的影响,模拟岩移结果与边坡位移、应力监测结果基本一致,为横采、内排提供可靠的技术支持。     

瓦斯突出过程中煤体渗透性作用机理研究

本文考虑了煤岩体物理力学性质的非均匀性和非连续性的特点,应用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D-GasFlow),对不同渗透性煤体在开采过程瓦斯压力的分布特征、瓦斯突出特征进行了数值试验研究,分析了渗透性对瓦斯赋存及瓦斯突出的影响.研究结果表明,不同渗透性条件下,瓦斯的分布特征、煤体的破裂形式是不同的,瓦斯和地应力在突出中所起的作用也是不同的.     

孔隙压力在瓦斯突出过程中的作用机理研究

考虑了煤岩体物理力学性质的非均匀性和非连续性的特点,应用岩石破裂过程分析系统(RFPA2D-GasFlow),对不同孔隙压力下煤体发生瓦斯突出的特征进行数值试验研究,分析了孔隙压力对瓦斯突出的影响。研究结果表明,不同孔隙压力条件下,煤体的破裂形式及瓦斯突出特征是不同的:当孔隙压力较小时,煤体产生剪切破坏,形成煤体倾出,此时,地应力在瓦斯突出中起主导作用。     

采空区覆岩破坏变形特征研究

以成庄矿4322综采工作面为工程背景,采用分析软件RFPA 2D对该工作面采空区覆岩破坏变形特征进行了数值仿真模拟研究。结果表明:受采矿应力大小、类型及分布等差异性影响,导致不同层段覆岩垮落、裂隙发育程度及类型、裂隙发育高度不同,并在采空区覆岩自下而上依次形成“垮落带、裂隙带及下沉弯曲带”等三个特征明显的采矿破坏变形带。采空区稳定形成后,垮落带最大发育高度达24 m(约3~4倍采高),裂隙带最大高度可达56 m(约9倍采高)。