高压水射流切割煤层：增透效果的三维数值模拟研究

井下高压水射流切割煤层增透效果数值模拟是一项重要的矿井开采技术，它通过在地下用高压水射流对煤层进行切割，以改善煤层的渗透性，提高开采效率。本文主要采用了FLAC3D这一强大的三维有限元数值模拟软件进行研究。研究对象包括了两种不同的煤体结构——软煤和硬煤，以及切割深度和切割环数等关键参数。 模拟结果显示，相较于硬煤，软煤在相同的切割半径下，卸压范围显著增加，约为硬煤的1.8倍，这表明软煤在水力切割作用下更易卸压，有助于增透效果的实现。同时，软煤的变形量也比硬煤大，约为1.6倍，这意味着切割过程中的应力分布和煤体响应更为明显。 随着切割半径的增大，如从0.5米增至1米，煤体中应力降低到原水平的90%的区域扩展到了1.56倍，表明切割的影响力进一步增强。切割缝槽之间的相互作用被揭示，即相邻的切割区域不仅影响自身的卸压效果，还使得整个水力切割区域的煤体表现出整体卸压的状态，这对于提升开采效率具有重要意义。 为了验证数值模拟的准确性，研究者将模拟得到的卸压范围与理论公式计算的结果进行了对比。令人满意的是，二者之间的误差控制在很小的范围，仅为0.46%至9.84%，这充分证明了数值模拟技术在研究水力切割增透效果方面的可靠性和有效性。 这项研究通过FLAC3D数值模拟深入探究了高压水射流切割煤层的内部力学行为，为优化井下开采策略，提高煤炭资源的有效利用率提供了重要的科学依据。未来，该技术有望在实际的矿井开采实践中得到广泛应用，并可能推动整个煤炭工业的科技进步。