CO2气爆含控制孔煤层裂隙演化颗粒流模拟

潘红宇，王 康，张天军，秦斌峰，张志祥

(西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054)

0 引 言

21世纪以来，为满足日益增长的能源需求，中国已经逐步走在第二深度空间(500～2 000 m)开采的道路上[1]。随着开采深度的不断增加，煤层瓦斯含量和突出倾向越来越高，煤层渗透性降低，由此对不同埋深煤层增透技术的研究是极其必要的[2]。CO2深孔预裂爆破技术，因其物理相变爆破的原理，具有较高的安全性和较好的增透效果，近年来受到业界的广泛关注。目前较多学者基于连续介质假设研究了CO2气爆过程裂隙扩展的相关规律。YAN等利用ABAQUS和ANSYS AUTODYN软件建立了流固耦合模型分析超临界CO2(SC-CO2)相变压裂的过程，得出了SC-CO2注入量与裂隙扩展长度和宽度的关系[3]。孙可明等通过有限元数值模拟得到不同初应力条件下CO2气爆煤岩体的破碎分区特征[4]。将高压流体射流过程视为半弹性空间体内应力波的传播过程，这能够在一定程度上解释CO2气爆过程中动应力的规律[5]，但研究表明CO2深孔致裂煤岩体的过程具有非连续、大变形的特点[6]。对于钻孔煤层裂隙扩展，传统数值模拟存在局限性，无法满足现阶段对煤岩体破坏机制研究的需求[7]。为更好地描述煤岩体内部裂隙演化发育的全过程，离散元分析成为了不可或缺的技术手段[8]。

颗粒流方法(particle flow code，PFC)依据分子动力学(MD)理论，能够从分子角度模拟裂纹萌生、扩展的全过程[9]。目前国内外学者利用颗粒流软件PFC对煤岩体失稳破坏的裂隙发育过程进行了相关研究。……