基于地质-工程条件约束的可控冲击波煤层致裂行为数值分析

• 作者: 秦勇 李恒乐 张永民 赵有志 赵锦程 邱爱慈
• 来源期刊: 煤田地质与勘探
• 关键词: 可控冲击波 煤层 改造效果 约束条件 数值模拟
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: 煤系气 煤伴生矿产
• 页码范围: 108-118,129
• 页数: 12页
• 分类号: P618.11
• 语种: 中文

摘要

可控冲击波(CSW)岩层致裂技术作为岩层改造领域的一项变革性技术,已在煤层改造等方面取得显著应用效果,并在煤炭安全开采领域开展应用探索.然而,受实验及现场监测条件限制,前期对地质-工程因素约束下的CWS岩层致裂基本规律理解不足,制约了对致裂机理的探索及现场作业参数的优化.鉴于此,在阐述CSW煤层改造及其面临的工程科学问题基础上,采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)开展数值模拟,以进一步揭示地应力、煤岩力学性质、冲击波加载条件约束下的CSW煤层致裂行为及其基本规律.结果显示,CSW加载条件对致裂效果的影响存在最优范围,过度加载会导致近井地带煤体崩解,煤粉产出率增加,造成煤储层伤害;同时,煤体破碎导致波阻抗及冲击波衰减速度增大,限制有效改造半径扩展;地应力增大,破裂半径、破裂度存在临界值,水平主应力差对CSW冲击裂隙形态、扩展方位及缝网连通程度存在显著影响.研究揭示,CSW煤岩致裂效果对力学性质的响应存在选择性:弹性模量与破裂半径、破裂度之间存在拐点临界值;黏聚力增大,煤岩脆性变小,致裂效果变差;抗拉强度似乎对CSW致裂效果没有明显影响.研究成果可为CSW作业煤层优选及参数优化措施提供参考.