常村煤矿高瓦斯低透气性煤层CO2致裂增透技术研究

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常村煤矿23采区胶带下山巷道所在的3#煤层为高瓦斯低透气性赋存环境,巷道掘进期间瓦斯超限次数较多,采掘接替工作难以保证。为了克服这一难题,采用了CO2致裂增透技术。本文以常村煤矿23采区胶带下山巷道为工程背景,对致裂增透作用原理、不同因素作用下的致裂增透模拟效果、有效抽采半径等进行了研究,并进行了相应的现场试验。主要取得了以下成果:(1)利用弹性力学及断裂力学知识,对CO2致裂增透的作用原理进行了理论分析,为进一步了解致裂破坏过程提供了一定的参考。(2)对CO2致裂的作用过程进行了数值模拟研究,分析了单致裂管作用下的塑性区发育情况,并对地应力、煤体普氏系数与致裂半径的关系进行了研究。模拟结果表明:地应力的存在,一定程度上抑制了裂隙的扩展发育过程;致裂半径随着煤体普氏系数的增加呈现先增加后逐渐趋于稳定的趋势。且发现多根CO2致裂管的存在,有利于增加煤层裂隙扩展发育范围。结果表明CO2致裂增透技术是改变煤层透气性的有效手段。(3)分析了煤层透气性系数与煤层瓦斯压力的对应关系,结合有效抽采半径的判定标准,给出了不同煤层透气性作用下的有效抽采半径。距离钻孔中心越近,瓦斯压力降低幅度越明显,后期逐渐趋于原始瓦斯压力。当CO2致裂后透气性系数增至0.8m2/(MPa2·d)时,抽采150天后,有效抽采半径增至4.75m,相比于CO2致裂前提高了3倍左右,致裂增透效果良好。(4)为了分析CO2致裂增透的效果,对CO2致裂前后的防突指标K1、钻屑量S、巷道掘进速度、瓦斯抽采效果指标等进行了现场实测。实测结果表明:煤层瓦斯抽采量及抽采效率明显改变;掘进速度提升了0.81m/d,百米瓦斯超限次数降低至0.08次,有效地缓解了瓦斯超限的影响,使得胶带下山巷道的生产接替得以正常进行。
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