超高压水射流技术：破解复合煤岩动力灾害防治之道

该篇论文深入探讨了在面对高地应力、低透气性煤与瓦斯突出以及冲击地压等复合煤岩动力灾害防治难题时，利用超高压水射流技术进行有效控制的方法。超高压水射流技术被分为两个主要应用方向：横向切割煤层（横切）和纵向切割预裂顶板（纵断）。 首先，理论分析部分详细阐述了超高压水射流如何作用于煤岩体。当水射流以极高的压力冲击煤岩体时，它会诱导内部产生剪切应力和拉伸应力，这些应力加速煤岩体内部裂纹的形成和扩展，最终导致煤岩体在轴向和径向的破裂。这种作用机理有助于理解超高压水射流在防止复合煤岩瓦斯动力灾害中的关键作用，即通过切割煤体可以卸压增透，有利于瓦斯排放；同时，切割顶板则可以卸荷消能，减少顶板对工作面的动态压力。 作者通过相似材料的实验研究，优化了切割条件，如确定了100 MPa的压力、2.5毫米的喷嘴直径、60转/分钟的钻杆旋转速度以及10分钟的单刀割缝时间，从而能够实现152厘米的最大切缝深度。数值分析进一步表明，钻孔内割缝间距为2米和割缝钻孔间距为8米时，能够更有效地实现卸压和增渗。 在实际应用方面，研究结果被应用于中煤新集二矿220108工作面的灾害防治中。切割煤体后的效果显著，单孔平均抽采纯量提升至未切割煤体的3.5倍，煤层透气性系数提高了30倍，瓦斯抽采达标时间缩短了38%，并且煤体支撑压力降低了35%。切割顶板后，工作面支架阻力保持在20~25 MPa范围内，厚层坚硬顶板实现了均匀垮落，避免了高能量远场动载荷对采场的冲击，这意味着超高压水射流切割技术在减小远近场应力载荷方面表现出色，有效抑制了煤岩瓦斯复合动力灾害的发生。 这篇论文提供了一种创新的复合煤岩动力灾害防治策略，利用超高压水射流技术的精确切割能力，不仅提升了瓦斯治理的效果，还改善了工作面的稳定性，对于保障煤矿安全和提升开采效率具有重要意义。此外，论文强调了对切割参数的精确选择和优化，以及对切割效果的量化评估，为后续类似技术在其他地质条件下的应用提供了重要的参考依据。