摘要： 为研究单一低透厚煤层水力造穴卸压增透机制,提出了基于FLAC^3D耦合COMSOL的水力造穴强化瓦斯抽采数值模拟方法,构建了损伤-塑性应变-渗透率方程,并采用FISH语言对FLAC^3D进行二次开发实现渗透率演化计算。基于Langmuir方程、Darcy渗流定律和Fick扩散定律,结合煤层气-水运移规律,推导建立了气-水两相流数学模型。研究结果表明:水力造穴作用使洞室周边煤体最大主应力显著增大而最小主应力明显降低,进而引发煤体损伤破坏。水力造穴形成的损伤区范围可达常规抽采钻孔的7.6倍。造穴过程产生的煤体损伤有效提升了煤层渗透率,其中渗透率增幅主要集中在卸压影响区内。从瓦斯含量和瓦斯压力变化规律来看,当钻孔间距设置为3 m、造穴间距为9 m时,可确保120 d抽采期内达标。现场应用表明,实施水力造穴后钻孔应力计监测到的应力值降幅达45%，水力造穴工艺的初始瓦斯抽采浓度达到常规钻孔的2.2倍。实测结果证实水力造穴技术具有显著的卸压增透效应,能够有效提升瓦斯抽采效率。该研究成果为煤矿瓦斯灾害防治提供了重要的理论依据和实践指导。

关键词: 水力造穴, FLAC^3D耦合COMSOL, 低透煤层, 增透机制, 气-水两相流

中图分类号: 

• TD 353