高压磨料射流割缝防突过程中的流固耦合数值模拟

陈淼 李富伟 李广 曹胜 左英杰 付鹏飞

摘要：基于流固耦合理论，采用ABAQUS对高压磨料射流割缝的卸压效果数值模拟结果表明：高压磨料射流割缝能使槽缝周围煤体所受地应力和孔隙压力减小，卸压区安全宽度范围内的煤体充分卸压，突出危险性降低或消除。

关键词：煤与瓦斯突出；流固耦合；地应力；瓦斯压力

Abstract：Based on the fluid-solid coupling theory，the outburst prevention effects in the process of hydraulic cutting under different parameters are simulated by using ABAQUS software. The simulation result indicates that the coal stress and pore pressure around the cutting seam are reduced，and the coal stress of under the stress-released zone safety width is released fully，so as to diminish or cut down the outburst risk.

Keywords：solid-gas flow；fluidized bed；numerical simulation；wire feeding

引言

煤与瓦斯突出是煤矿安全生产最严重的灾害之一，是煤层内瓦斯气体与煤岩体流固耦合作用下煤岩体发生失稳破坏所造成的动力现象[1]。高压磨料射流在煤层内割缝消除地应力和排放瓦斯，利用其较纯水射流切割能力强、切割速度快、水量小等优势，作为一种高效的掘进防突措施，为突出矿井实现安全高产高效起到了重要的作用[2]。

但是，一直以来，人们对割缝防突机理的研究局限于孤立地对割缝后瓦斯排放和煤体应力、位移变化规律分别进行分析，没有充分考虑瓦斯流体与煤岩固体之间的耦合运动[3]。因此，本文充分考虑高压磨料射流割缝防突过程中的流固耦合作用，对高突煤层的割缝防突效果进行数值模拟，对煤与瓦斯突出机理研究及防治具有一定的指导意义。

2.地应力与瓦斯压力对突出的影响

煤层巷道开挖以后，巷道周围围岩应力将重新分布，首先，煤体边缘部分会遭到破坏，形成卸压区域，此部分原煤体应力由自身结构所承受，使应力逐渐向深部扩展，依次形成卸压区、应力集中区和原始应力区[4]。……