水力冲孔有效影响半径数值模拟

水力冲孔卸压增透技术作为煤矿突出煤层消突 措施， 由于其消突快速、 高效的特点近几年被各矿区 广泛应用。水力冲孔卸压增透措施适用于具有 “自 “三软 ” 喷” 能力的 突出煤层， 原因为煤体较硬的煤 层水力冲孔时所需破煤压力比较大， 冲孔时间比较 长， 而冲出煤量较少， 卸压增透效果比较差。近年来 国内学者对水力冲孔卸压增透技术原理进行了深入 研究， 但多物理场条件下水力冲孔对煤层瓦斯的运 移及有效影响半径影响程度还不清楚 。 1 1． 1 数学模型 煤岩力学控制方程 根据煤岩的特性， 地层中煤岩的状态变化情况
［2 ］
与其承受的力直接相关， 受力的大小和方向是其变 形、 运动及瓦斯运移难易的根本原因 ， 所以在研究煤 岩瓦斯时， 应以煤岩的受力状态和其与变形的关系 为出发点。 1． 1． 1 煤岩力学平衡方程 由于地层中煤体周围均被封闭， 煤体吸附瓦斯
：
2， 3） （ 2） σ ij = λδ ij e + 2 Gε ij （ ij = 1 ， G 为拉梅常数； e 为体 式中： σ ij 为有效应力； λ 、
试验·研究
（ 2012 － 11 ）
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水力冲孔有效影响半径数值模拟
1 2 1 1 1 魏建平 ， 刘英振 ， 王登科 ， 温志辉 ， 李向楠
( 1． 河南理工大学 安全科学与工程学院， 河南 焦作 454000 ; 2． 新疆工程学院 安全工程系， 新疆 乌鲁木齐 830008 )
要： 根据力学平衡方程和质量守恒定律及煤层渗透率、 孔隙率、 煤岩体积应变等参数的关系， 建立了煤层底板巷水力冲孔 气 固 耦 合 方程。 通过 模拟 不 同 出 煤量的 水 力 冲孔 有 效影响半径 变 摘 化， 得出水力冲孔有效影响半径随冲出煤量和抽放时间的增加而增加。当冲出 煤量 为 1 t / m 时， 有效影响半径为 5． 8 m， 卸压增透效果十分理想。 关键词： 水力冲孔; 数值模拟; 有效半径; 耦合方程 + 中图分类号： TD713 ． 3 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 496X( 2012 ) 11 － 0009 － 04
Numerical Simulation on Effective Influence Radius of Hydraulic Flushing Borehole
WEI Jian － ping1 ， LIU Ying － zhen2 ， WANG Deng － ke1 ， WEN Zhi － hui1 ， LI Xiang － nan1 ( 1 ． School of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000 ，China; 2 ． Department of Safety Engineering， Xinjiang Institute of Engineering， Urumqi 830008 ， China) Abstract: According to the relationships among mechanics balance equation，the law of conservation of mass，permeability of coal seam，porosity，volume strain of coal，the gas － solid coupled equation of hydraulic flushing borehole in the coal seam floor is established． By simulating the changes of effective influence radius of hydraulic flushing borehole at different coal output，it obtains that the effective influence radius of hydraulic flushing borehole is increasing as the amount increasing of overflow coal and prolonging of drainage time． When the amount of overflow coal is 1t / m， effective influence radius is 5． 8 m， the effects of pressure relief and antireflection are very good． Key words: hydraulic flushing borehole; numerical simulation; effective influence radius; coupled equation
Hale Waihona Puke Baidu
的膨胀变形受到一定的限制； 因而煤体四周的接触 面即产生有挤压应力。 因此， 埋藏于地表以下一定 深度的含瓦斯煤体， 除受地应力 （ 包括岩体自重应 ） 力和地质构造应力 作用外， 还受到由瓦斯引起的 附加应力的作用； 也就是说在地下深处的煤层除受 到大地应力场的作用外， 还存在着一个瓦斯应力场， 它影响着瓦斯的流动和煤体的蠕变 。含瓦斯煤体所 ［1 ］ 受的平衡应力可简单地表示为 ： σ = σr + σc （ 1） 式中： σ 为含瓦斯煤体所受应力； σ r 为地应力； σ c 为由瓦斯引起的附加应力。 由式（ 1 ） 可知， 煤体受到的体积应力由 2 部分 组成： 地应力和瓦斯吸附应力。 1． 1． 2 煤岩变形控制方程 在巷道施工水力冲孔时， 影响范围内的煤岩体 处于线弹性变形阶段， 在线弹性变形阶段， 含瓦斯煤 岩体变形本构方程为
· 10· 积变形； ε ij 为体积应变； δ ij 为 Kronecher 符号。
（ 第 43 卷第 11 期）
试验·研究
根据煤层各向同性和煤层变形为线弹性的假 煤体产生的应变 ε ij 主要有 2 部分组成： 地应力 设， 引起的应变 ε d （ 根据虎克定律 ） 和游离瓦斯压力的 改变引起的应变