空气动力造穴技术原理及单井掏煤量计算方法

作者：程斌; 姜在炳; 赵龙; 李浩哲

来源：煤炭学报, 2020, S2: 850-858.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2020.0449

• 空气动力造穴
• 洞穴完井
• 含瓦斯煤
• 偏应力
• 快速卸载
• 单井掏煤量

空气动力造穴技术在瓦斯消突领域取得了良好效果,但其技术原理尚不明确,为明确空气动力造穴技术原理,为下一步优化施工提供理论依据及数学计算方法,特进行以下研究。结合实际工程,对空气动力造穴技术流程及力学过程进行了理论分析,提出了空气动力造穴技术原理假说,并提出了基于该假说的2个推论,以期通过对推论的证明佐证假说的正确性;设计并进行了快速卸载围压三轴压缩实验,采用恒定轴压、卸载围压的卸压方法,控制围压液缸排液量恒定,观察煤体应力-应变过程,同时在煤样前端加载气压,通过观察流经煤体的气体流量变化判断煤样的破坏时机;在此基础上给出了弹-塑性过程数学模型及单井掏煤量计算方法;最后结合工程背景,使用Comsol软件引用数学模型对"松散带"范围进行了数值计算,并对空气动力造穴单井最大掏煤量进行了预测。快速卸载围压三轴压缩实验结果表明煤体的力学过程可被分为弹性阶段、弹塑性阶段及塑性阶段并给出了应力-应变曲线,进一步分析认为其力学过程可用非线性弹性胡克定律进行描述;计算所得的空气动力造穴单井最大掏煤量接近于实际工程单井出煤量;以上结果表明,空气动力造穴技术原理是:以向井内注入高压气体后快速卸压为手段,提升煤层洞穴壁面处孔隙压力,通过多次重复施工,剥离"松散带"煤体并通过气举手段带出地面,从而形成洞穴;明确了煤体在快速卸载围压条件下的应力-应变过程,并给出了弹-塑性过程数学模型及单井掏煤量的计算方法,计算所得单井掏煤量接近于实际工程单井掏煤量,并且空气动力造穴注气压力与单次掏煤量成正比,证明了空气动力造穴技术原理假说推论的正确性,从而佐证了空气动力造穴技术原理假说。

• 出版日期2020
• 单位中煤科工集团西安研究院有限公司