超深埋低渗透高地应力粉煤层钻孔扰动特性研究

摘要

昭通隧道穿越的M1-7至M1-9煤层存在高地应力、低渗透性及瓦斯突出风险，致使钻孔施工中塌孔、卡钻频发，成孔率不足已严重制约瓦斯抽采。为揭示高地应力粉煤层钻孔失稳机理，明确钻孔孔径、深度对围岩破坏及瓦斯抽采影响的特征，提出参数优化方案，首先，建立非等压应力场钻孔扰动力学模型，解析侧压系数(λ)大于1时的哑铃形塑性区特征；其次，利用COMSOL数值模拟软件模拟350/500 mm孔径、5～20 m深度钻孔的应力分布；最后，开展双孔径对比试验，结合钻孔窥视技术量化裂隙发育，监测瓦斯抽采动态数据。结果表明：高地应力下λ主导塑性区形态，λ=1.6时形成哑铃形应力集中区，钻孔深度增加使扰动范围扩展至1.29倍；500 mm孔径钻孔塑性区较350 mm钻孔扩大至1.9倍，隧道施工段瓦斯抽采量提升60%,但需强化横向裂隙支护。

关键词

高地应力 / 侧压系数 / 瓦斯突出 / 钻孔孔径 / 钻孔深度