【摘 要】
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随着我国煤炭生产重心向深部转移,冲击地压灾害风险日益增加。高压水射流割缝卸压技术具有粉尘量少及无火花等优点,能够在煤体内形成一定范围的卸压带,较大程度上起到防控冲击地压的作用。科学合理的确定高压水射流割缝卸压参数,保障巷道安全、高效的卸压对降低巷道冲击地压风险等方面尤为重要,是一项极具有经济效益和社会效益的重要课题。本文通过理论分析、数值模拟及工业实践的方法,研究分析了高压水射流卸压效果影响性因素
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51734009）; 山东省重大科技创新工程项目（2019SDZY02）; 域创新发展联合基金重点项目（U21A20110）
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随着我国煤炭生产重心向深部转移,冲击地压灾害风险日益增加。高压水射流割缝卸压技术具有粉尘量少及无火花等优点,能够在煤体内形成一定范围的卸压带,较大程度上起到防控冲击地压的作用。科学合理的确定高压水射流割缝卸压参数,保障巷道安全、高效的卸压对降低巷道冲击地压风险等方面尤为重要,是一项极具有经济效益和社会效益的重要课题。本文通过理论分析、数值模拟及工业实践的方法,研究分析了高压水射流卸压效果影响性因素、水射流破煤机理及卸压防冲原理,构建卸压参数优化理论模型,通过对不同参数条件下卸压效果进行模拟分析获得最优值,并在新河煤矿730采区3#联络巷开展高压水射流割缝卸压参数优化工业实践。主要结论如下:研究分析了高压水射流割缝卸压效果影响因素中喷嘴结构参数包含喷嘴类型、射流直径、射流压力、射流角度及靶距,工况参数包含钻孔间距-割缝半径、钻孔深度-割缝长度及缝槽切割间距-切割宽度,煤体结构参数为煤体抗压强度及煤体厚度,构建了高压水射流割缝卸压参数优化理论计算模型,并基于新河煤矿730采区集中巷实际煤层物理力学参数,计算得出了工况参数的理论计算值。采用LS-DYNA软件光滑粒子流（SPH）耦合有限单元法构建网格模型,通过控制变量的方法研究不同喷嘴类型、射流直径、射流压力、射流角度及靶距下冲击破煤过程及煤体损伤演化规律,统计分析了不同参数时煤体所衍生的裂纹深度、宽度、数目及裂纹扩展角度,获得最优喷嘴结构参数为:平直渐缩型喷嘴、射流压力为120MPa、靶距为12.0mm、射流直径为3.5mm、射流角度为90°。采用FLAC3D软件数值模拟了不同钻孔间距-割缝半径、钻孔深度-割缝长度、缝槽切割宽度-切割间距、煤体抗压强度及煤层厚度条件下卸压后煤体位移场、应力场、塑性区、能量场及冲击危险指数K值的变化规律,综合考虑卸压后煤岩体平均垂直应力、弹性能密度、冲击危险性指数K值及卸压成本四项指标后,获得最优工况参数为:钻孔间距-割缝半径分别为5.0m-2.0m,钻孔深度-割缝长度分别为25.0m-20m,缝槽切割宽度-切割间距分别为0.1m-2.0m。针对新河煤矿730采区3#联络巷开展高压水射流割缝卸压工业实践,卸压后730采区集中巷附近区域微震频次、总能量及微震集中度大幅降低,根据高压水射流割缝卸压前后的微震波形进行震动波CT反演分析,卸压后采区集中巷区域高应力转移,安全风险消除。可见,采用本文设计的高压水射流割缝卸压参数进行巷道解危后,区域卸压效果明显,对保障工作面安全生产起到了较大作用。该论文有图90幅,表13个,参考文献81篇。
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