地应力主导型突出危险煤巷水力扩孔卸压防突技术研究 论文

在桑树坪煤矿松软煤层中，地应力主导型突出灾害是威胁煤矿安全生产的重大问题。为了有效防治这类灾害，科研人员提出了采用水力扩孔卸压增透技术来防治煤巷条带区域的突出危险。这项技术的研究涉及多个方面的知识，主要包括地应力主导型突出灾害的防治原理、水力扩孔技术的应用、煤层蠕变特性、瓦斯抽放与监控、以及FLAC数值模拟软件在其中的应用等。地应力主导型突出灾害是指由地壳内部应力状态主导的煤与瓦斯突出现象。由于煤层中高瓦斯压力和地应力的相互作用，当这种作用力超过煤岩体本身的强度时，就可能发生煤与瓦斯的突然释放，导致突出灾害。松软煤层尤其容易发生这类灾害，因为其自身强度较低，更容易在高应力环境下发生变形和破坏。针对这一问题，水力扩孔技术成为了防治突出灾害的重要手段。水力扩孔技术主要通过在煤层中注入高压水流，形成较大的孔洞，从而改变煤层原有的应力状态和透气性。这样做不仅可以卸掉煤层的应力集中点，还可以增加煤层的渗透性，从而促进瓦斯的释放，降低煤层中的瓦斯压力，减少突出危险性。在实施水力扩孔的过程中，科研人员运用了FLAC数值模拟软件，这是一种基于有限差分方法的岩土工程数值模拟软件。利用FLAC软件，可以模拟水力扩孔操作后煤体的破坏形态、塑性区范围以及应力分布规律。通过这些模拟结果，研究人员可以更精确地确定扩孔的合理布孔参数，以便更有效地实施卸压和增透措施。为了评估水力扩孔技术的效果，科研人员提出了残余瓦斯含量和扩出煤屑率作为双重评价指标。残余瓦斯含量是指在扩孔操作后，煤层中残余的瓦斯量；而扩出煤屑率则反映了扩孔过程中煤屑的产出情况。通过对这两个指标的测量，可以直观地评价卸压防突技术的实施效果。在实际应用中，水力扩孔卸压增透技术的应用显著改善了煤层的卸压和增透效果，瓦斯流量衰减系数得到降低，自然瓦斯涌出量得到增加。具体而言，煤层正常和异常区域的扩出煤屑率分别提高了2-3倍，而残余瓦斯含量的临界值被确定为65%~74%，煤屑率的临界值在煤层正常区域为3%，在异常区域为5%。这些数据表明，经过水力扩孔处理后，煤层的防突效果显著，可以安全高效地进行煤巷掘进作业。总体而言，地应力主导型突出危险煤巷水力扩孔卸压防突技术的研究涵盖了地应力分析、水力扩孔工艺、煤层蠕变特性、瓦斯抽放和监控技术以及数值模拟等多个关键技术领域。这些技术的综合运用，对于有效防治松软煤层中的煤与瓦斯突出灾害，保障煤矿的安全生产具有重要意义。