【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤层相似模拟实验领域，特别是涉及一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法。
技术介绍
1、随着开采深度的递增，我国煤层深部开采时代已经到来。深部有着复杂的隐伏地质构造，煤层透气性低、瓦斯压力及浓度高容易造成瓦斯灾害事故。瓦斯灾害事故是矿井重点防治灾害事故之一，防治的关键之处是在于瓦斯抽釆。
2、相似模拟实验可通过建立真实场景煤层等比例缩小模型进行瓦斯抽采测试，通过不断的测试和改进提高真实场景下的瓦斯抽采率，但采用相似模拟实验水力致裂、水力割缝、水力冲孔等水力化煤层卸压增透模型存在模型误差大、成本高、增透卸压效果差的问题。
3、在相似模拟水力致裂方面：松软煤层低渗透性是制约煤矿深部开采的瓶颈问题，相似模拟实验运用水力化增透技术卸压过程中煤体孔壁极易发生变形，煤体从弹性变形逐渐向塑性变形过渡，从而造成缩径现象，进而出现大范围垮孔现象。现有的用于相似模拟实验的割缝器结构功能单一，无法满足低压排渣、中压扩孔、高压割缝等系统化功能，当无法及时排出煤渣时，容易导致卡钻现象，割缝效率差。
4、在水力割缝方面，水射流喷嘴的射流切割辐射范围有限，煤层增透性差，卸压效率低，水力割缝产生的裂纹观测效果较差；
5、有鉴于此，如何提供一种能够部分或全部解决上述技术问题的煤层相似模拟实验方法，是本领域人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，以解决现有技术存在的问题，可提高煤
2、在透明的三向应力加载设备中建立煤层相似模拟模型，根据真实场景煤层缩放比例确认所述煤层相似模拟模型的尺寸、挖孔位置、三向加载应力大小、割缝时间、最大割缝压力和割缝流量；
3、按照确认的加载应力大小向所述煤层相似模拟模型加载三向应力；
4、通过抽气注气设备向所述煤层相似模拟模型注入瓦斯，直至所述煤层相似模拟模型达到饱和吸附状态；
5、计算所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的瓦斯吸附量；
6、水力割缝，将水力割缝钻头与水力割缝集成装置连通并从挖孔位置向所述煤层相似模拟模型内部推送，所述水力割缝钻头具有双射流水流发射器，挖孔位置靠近所述煤层相似模拟模型底部；推送过程中所述水力割缝集成装置向所述水力割缝钻头输水，所述割缝压力逐渐增大直至达到最大割缝压力，水力割缝结束后将割缝钻头退出；
7、计算水力割缝后所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的剩余瓦斯吸附量；
8、根据水力割缝前所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的瓦斯吸附量和水力割缝后所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的剩余瓦斯吸附量计算瓦斯抽采率。
9、进一步的，水力割缝前所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的瓦斯吸附量计算方法如下：
10、
11、式中：x为单位质量煤对瓦斯吸附体积，b为吸附平衡常数，p为吸附平衡时的瓦斯压力，vl为langmuir体积，w为煤中的水分，a为煤中的灰分，γ为煤的容重。
12、进一步的，通过水力割缝前所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的瓦斯吸附量判断所述煤层相似模拟模型是否达到饱和吸附状态。
13、进一步的，水力割缝后所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的剩余瓦斯吸附量计算方法如下：
14、00xg
15、
16、式中：θ0为相似模拟实验煤层的原始瓦斯含量，g为相似模拟实验的煤层储量，θ为相似模拟煤层的瓦斯残余量，q为水力割缝的钻孔抽排瓦斯总量。
17、进一步的，所述瓦斯抽采率的计算方法如下：
18、
19、式中：ε为相似模拟实验日平均瓦斯抽采率，q1为相似模拟实验日平均瓦斯抽采量，q2为相似模拟实验日平均风排瓦斯量。
20、进一步的，所述最大割缝压力p1,水力割缝过程中，所述水力割缝钻头先以p1/n的水压向前推送100mm，推送时间为5min，所述n为大于2的整数，然后以p1/2的水压向前推送100mm，推送时间为5min,再以p1的水压向前推送100mm，推送时间为5min。
21、进一步的，割缝结束后，将水压调整至p1/n再将所述割缝钻头退出。
22、本专利技术公开了以下技术效果：
23、在煤层相似模拟模型靠近底部的位置利用双射流发射器喷射两束高压水对钻孔孔壁进行水力扩孔扰动，形成局部到整体的水平式破坏作用，引导煤体在一定范围内发生失稳并沿钻孔径向扩展，高压水射流水平切缝利用煤体本身的固有应力，并且创造和利用了有效的水平补偿空间进行空间补偿，煤体应力与动力加载协同作用下的煤体层裂效应可提高煤层增透性和卸压效率，实现了水平割缝卸压、瓦斯高效抽采。水力割缝过程中，采用低压、中压和高压水分段式推送的方法，能够满足低压排渣、中压扩孔、高压割缝等系统化功能，并能够避免卡钻；由于增透性和卸压效率的提高，水力割缝产生的裂纹扩展性得到了大大的提升，能够准确、清晰的透过透明的三向应力加载设备观测到裂纹的扩展情况，结合计算出的瓦斯抽采率数据能够建立有效的实验理论，对于减少瓦斯灾害事故具有重要意义。
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1.一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，水力割缝前所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的瓦斯吸附量计算方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，通过水力割缝前所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的瓦斯吸附量判断所述煤层相似模拟模型是否达到饱和吸附状态。
4.根据权利要求2所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，水力割缝后所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的剩余瓦斯吸附量计算方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，所述瓦斯抽采率的计算方法如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，所述最大割缝压力p1,水力割缝过程中，所述水力割缝钻头先以p1/n的水压向前推送100mm，推送时间为5min，所述n为大于2的整数，然后以p1/
7.根据权利要求6所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，割缝结束后，将水压调整至p1/n再将所述割缝钻头退出。
...【技术特征摘要】
1.一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，水力割缝前所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的瓦斯吸附量计算方法如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，通过水力割缝前所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的瓦斯吸附量判断所述煤层相似模拟模型是否达到饱和吸附状态。
4.根据权利要求2所述的一种基于相似模拟的高压水双射流水力水平切割方法，其特征在于，水力割缝后所述煤层相似模拟模型中单位质量煤样的剩余瓦斯吸附量计算方法如下：<...
【专利技术属性】
技术研发人员：张义平，李添乐，刘开心，李川，周利治，唐澳柔，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：
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