【摘 要】
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穿层钻孔水力造穴能够大量排出煤体,提高煤层的渗透性能,进而提高瓦斯抽采的效率,但同时也会带来诸如煤巷支护方面的问题。高瓦斯煤层对水力造穴排煤量与增透程度的需求相对较低,适量的排出煤体有利于煤层的有限增透,也有利于后期的煤巷掘进支护。论文基于3煤煤层与瓦斯赋存的特点,提出了穿层钻孔间隔造穴的工程技术方法,即穿层钻孔煤层段间隔造穴与孔群条件下钻孔间隔造穴,通过实验室实验、理论分析、数值模拟相结合的方法
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穿层钻孔水力造穴能够大量排出煤体,提高煤层的渗透性能,进而提高瓦斯抽采的效率,但同时也会带来诸如煤巷支护方面的问题。高瓦斯煤层对水力造穴排煤量与增透程度的需求相对较低,适量的排出煤体有利于煤层的有限增透,也有利于后期的煤巷掘进支护。论文基于3煤煤层与瓦斯赋存的特点,提出了穿层钻孔间隔造穴的工程技术方法,即穿层钻孔煤层段间隔造穴与孔群条件下钻孔间隔造穴,通过实验室实验、理论分析、数值模拟相结合的方法,研究了间隔造穴的尺寸、间隔造穴的位置、间隔造穴卸压增透的效果,并通过现场试验进行了验证。论文取得的主要研究成果如下:（1）测试了3煤的物性参数,其中最大瓦斯含量为14.24m~3/t,最大瓦斯放散初速度为33mm Hg,煤体具有高瓦斯吸附能力和快瓦斯放散能力,在原位条件下煤层瓦斯极难抽采出来;但卸荷条件能够激发煤体的瓦斯渗透性能与扩散能力,结合矿井水力造穴煤巷支护现状,提出穿层钻孔水力间隔造穴的技术需求,以期满足提高瓦斯抽采效果与利于巷道支护的双重需求。（2）建立数值模型,进行了单孔造穴尺寸、间隔造穴位置卸压效果的数值模拟研究,表明半径0.5m、长度1m的造穴尺寸能获得良好的卸压效果,也利于现场造穴的实现;间隔造穴的洞穴位置距离顶底板各1.0m左右、造穴间隔1.0m左右时,其卸压程度、卸压范围、塑性区范围较为理想,以此作为单个钻孔间隔造穴的参数。（3）在高瓦斯煤层密集穿层钻孔预抽的钻孔布置基础上（钻孔间距5m）,提出了“隔一造一”的孔群间隔造穴模式。数值分析表明,由于群穴应力互扰、叠加的影响,孔群范围内最小主应力、中间主应力处于卸压状态,局部最大主应力虽有集中但有利于煤体的损伤破坏,孔群范围内的煤体均处于塑性损伤状态,产生的裂隙有利于孔群范围内煤体的有限增透。（4）孔群范围的间隔造穴排出了煤体,应力重新分布,卸压导致原承压闭合的裂隙重新开启、新生裂隙产生,在孔群煤体内形成了纵横交错的宏观裂隙网络,煤体的渗透能力大幅提升;同时,卸荷导致构造煤体的粉化,煤的基质尺度变小、基质形状因子改变,瓦斯的扩散性能提高;孔群间隔造穴范围煤体的渗流能力、扩散能力的改善能够极大程度上增强瓦斯抽采效果,满足高瓦斯煤层瓦斯快速抽采的需求。（5）对穿层钻孔水力间隔造穴的卸压效果、抽采效果进行了现场考察。考察结果表明,间隔造穴单穴平均出煤量达1025kg;单孔条件下,初始钻孔百米瓦斯纯量从造穴前的0.39m~3/（min·hm）提高到造穴后的2.16m~3/（min·hm）,提高了5.5倍;组孔条件下,初始瓦斯纯量从造穴前的0.24m~3/min,提高到造穴后的1.18m~3/min,提高了4.9倍。间隔水力造穴使得煤层的透气性和瓦斯抽采效果得到有效提升。
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