低透气性煤层水射流瓦斯增透关键技术研究张小军摘要：低透气性煤层瓦斯抽采问题一直是中国煤炭企业在安全生产中的一个重要课题。基于流体连续介质理论，联立连续性方程、Euler方程、能量方程及张量总和表达式建立水射流冲击煤体的控制方程，给出射流压力与射流流速及流量的关系式，确定射流压力与射流流速及流量之间呈正相关趋势。通过ANSYS/LS-DYNA模拟研究水射流压力与切割半径间的关系，结果表明射流压力越大，切割深度越远，但切割压力越大，伴随而来的峰值应力不稳定现象越剧烈;冲击水压为60MPa时，冲击深度趋于平缓峰值，冲击效率较高。采用实验室实验方法确定水射流喷口半径，初步检验水射流对低渗透煤体的切割效果良好。工业性试验结果表明水射流增加了煤体贯通裂隙，扩大了瓦斯的渗出范围，瓦斯抽采效率明显提升。关键词：低透气性煤层;瓦斯开采;水射流增透;数值模拟;关键技术：TD231文献标志码：A：1672-9315（2021）03-0410-07DOI：10.13800/jki.xakjdxxb.2021.0304Abstract：TheproblemofgasextractionfromlowpermeabilitycoalseamshasalwaysbeenanimportantissueforcoalenterprisesinChinesesafeproduction.Thispaperestablishesacontrolequationofwaterjetimpactoncoalbodybasedonthetheoryoffluidcontinuummedium，thejointcontinuityequation，Eulerequation，energyequationandtensorsumexpression，buildstherelationshipbetweenjetpressureandjetflowrateandtraffic，anddeterminesthepositivecorrelationtrendbetweenjetpressureandjetflowrateandflowrate.TherelationshipbetweenhydraulicflushingpressureandcuttingradiuswasinvestigatedbyANSYS/LS-DYNAsimulations，indicatingthatthehigherthepressure，thefartherthecuttingdepth，butthehigherthecuttingpressure，themoredramatictheaccompanyingpeakstressinstability.Whentheimpactwaterpressureis60MPa，theimpactdepthtendstoleveloffthepeakwiththeimpactefficiencyhigher.Theradiusofthewaterjetnozzlewasdeterminedbylaboratoryexperimentalmethod，andthepreliminarytestshowsthatthewaterjethasgoodeffectsoncuttingandbreakingcoaloflowpermeabilitycoalbody.Theresultsofindustrialexperimentsshowsthathydraulicflushingincreasesthepenetrationfissuresofcoalbody，expandstherangeofgasseepage，andsignificantlyimprovesthegasextractionefficiency.Keywords：low-permeabilitycoalseam;gasmining;waterjetpermeabiligy-enhancement;numericalsimulation;keytechnologies0引言伴随着经济的长足发展对资源需求日益增多，中国煤矿开采规模的进一步扩大和开采深度也持续向深部发展，造成了煤矿瓦斯治理难度大幅提升[1-5]。因此，提高瓦斯抽采效率就成为一个迫在眉睫的研究课题。国内外研究人员针对瓦斯增透技术的研究已经取得一定的成果。GORTLER利用偏微分方程求解平面平行射流的边界问题，得到其理论解[6];SCHLICHTING采用实验研究的方法验证上述问题的理论解[7];FARMER等在对岩石穿透力研究时采用水射流切割技术[8];之后又探讨了岩石在射流压力作用下裂隙的发育扩展方式、裂隙的产生准则[9-10]以及流体的压力分布规律[11]，为后期应用于煤矿开采及瓦斯抽采提供一定的理论基础;唐建新等为了解决瓦斯抽采难的问题，提出在原有钻孔技术的基础上采用水射流切割煤体[12];李杭州等以岩石断裂及细观损伤力学理论为基础，分别讨论射流压力作用下煤岩尖端裂纹扩展的发生准则和损伤范围以及其发育延展方向，为现场工程提供一定理论依据[13];孙小明等采用穿層钻孔水射流扩孔技术进行强化增透，解决九里山煤矿煤层透气性差、区域预抽不能有效消突的问题，处理过后煤层气抽采效率显著提高[14];邱春亮等采用模拟试验与现场实际相结合的方法对硫磺沟矿进行高位钻孔抽采，最终达到降低瓦斯浓度的效果[15];国林东等采用自行研究“钻-割-封”技术，后瓦斯的抽采浓度及抽采纯量均获得提升，并且实现煤层的卸压增透[16];杜昌华等针对煤层水文地质条件复杂、瓦斯治理难等问题，结合水射流瓦斯增透的技术原理...