煤田地质与勘探

作者：秦勇, 李恒乐, 张永民, 赵有志, 赵锦程, 邱爱慈,

关键词：可控冲击波, 煤层, 改造效果, 约束条件, 数值模拟,

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。

来源：2021年第1期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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