水力沖孔對煤微觀孔隙和結構成分影響的試驗研究

李 冰，劉見寶，任建剛，陳 鋒，宋志敏

(1.河南工程學院,河南 鄭州 451191;2.煤礦環境地質災害綜合治理技術河南省工程實驗室,河南 鄭州 451191;3.河南省煤產地土壤污染檢測與治理工程研究中心,河南 鄭州 451191;4.河南理工大學,河南 焦作 454000;5.開封大學,河南 開封 475004)

0 引 言

煤炭始終占據著我國能源的主要地位。煤礦瓦斯災害是制約我國煤炭工業安全高質量發展的最大障礙之一，而且隨著開采深度越大，瓦斯災害的威脅越大。據統計，我國目前存在的高瓦斯煤層中，約有90%以上屬于低滲透性煤層[1]，尤其是軟煤的滲透性更低，不利于瓦斯抽采，瓦斯抽采效果較差。實踐證明，水力沖孔技術是目前針對碎軟低滲性煤層的一種最為行之有效的治理手段。國內外很多學者都對水力沖孔技術進行了研究，主要包括理論、試驗、數值模擬和現場研究[2-4]。王凱等[5]利用RFPA2D-Flow軟件對沖孔鉆孔周圍的應力分布和透氣性系數變化規律進行了模擬，結果與現場實測值較為吻合。藺海曉等[6]以煤巖體加載作用下的滲透率測試試驗為前提，揭示了不同結構煤體卸壓增透機理，提出了軟煤(碎粒煤和糜棱煤)可通過沖孔出煤卸壓增透，形成了基于煤體結構的水力強化增透瓦斯抽采技術。馮文軍等[7]通過應力應變-煤體結構-滲透率的耦合試驗，揭示了“三軟”煤層滲透率隨煤體結構和應力變化的演化規律，發現軟煤在卸壓后滲透率得到大規模提升，且水力沖孔出煤后的卸壓增透范圍顯著增大。郝富昌等[8]建立了蠕變-滲流耦合作用下的水力沖孔周圍煤體滲透率動態演化模型，揭示了水力沖孔周圍煤體滲透率的時空演化規律，闡明了蠕變變形和基質收縮對滲透率的控制作用機理。……