基于FLAC3D-COMSOL序贯耦合的钻割煤体三维卸压瓦斯流场数值分析

张浩 郭军伟 王穗芳 范楠 杨淑晴 常家美 雷倩茹

摘 要：水力割缝技术通过高压水射流在煤层中构建人工裂隙，可实现低渗煤层的区域性卸荷增透和瓦斯高效抽采。然而，经典的COMSOL软件难以对钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行解算，严重制约了水力割缝技术的工程应用。鉴于此，采用FLAC3D-COMSOL序贯耦合的数值解算方法，以中厚煤层钻割卸荷增透为例，对不同割缝半径、割缝厚度、埋深和割缝方式下钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行了数值分析。结果表明：水力割缝过程中，钻割煤体发生了卸荷损伤，形成了较大范围的圆台形塑性损伤区，煤体渗透率可大幅提高2～3个数量级；随着割缝半径和割缝厚度的增加，煤体的增透范围和瓦斯抽采半径逐渐增大，但在相同出煤量情况下增加割缝半径更有利于中厚煤层的卸荷增透和瓦斯抽采；深部高地应力环境导致煤层初始渗透率下降，但也可提高钻割煤体的增透范围和增透幅度，因此钻孔早期瓦斯抽采效果好，后期抽采效果差，在抽采过程中应尽量增加钻孔密度，缩短抽采周期；割缝方式对中厚煤层的整体卸压瓦斯抽采效果具有显著影响，单缝钻孔平行布置情况下煤层卸压瓦斯抽采效果最好，单缝交错布置情况下次之，而双缝间隔布置情况下最差。关键词：低透煤层；水力割缝；卸荷损伤；瓦斯抽采中图分类号：X 936

文献标志码：A

文章编号：1672-9315（2024）03-0478-12

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2024.0308开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Numerical research on 3D pressure-relief gas migration

field in the hydraulic slotting coal mass by adopting a

FLAC3D-COMSOL coupled method

ZHANG Hao1，2，GUO Junwei2，WANG Suifang2，FAN Nan2，YANG Shuqing2，

CHANG Jiamei2，LEI Qianru2

（1.Jinneng Holding Coal Industry Group Co.，Ltd.，Datong 037037，China；2.College of Safety & Emergency Management Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China）

Abstract：Hydraulic slotting technology could achieve regional stress-unloading，permeability-increasing and efficient gas extraction in the low-permeability coal seam through creating artificial fractures using the high-pressure water jet.Unfortunately，the three-dimensional pressure-relief gas migration field in the hydraulic slotting coal mass could not be solved by adopting the typical COMSOL software，which seriously restricts the field application of hydraulic slotting technology.Given this，the FLAC3D-COMSOL combined numerical solution technology was adopted in the research to analyze the three-dimensional pressure-relief gas migration fields in medium thick coal seam

under different slotting radii，slotting thicknesses，buried depths and slotting manners，respectively.The following conclusions could be obtained

from the numerical simulation results.A stress-unloading and plastic damage occur in the coal mass during the hydraulic slotting process，the plastic damage zone presents a circular platform shape，and the coal permeability increases by 2～3 orders of magnitude.The coals permeability-increasing range and amplitude both increase with the slotting radius and the slotting thickness，but increasing the slotting radius is much more conducive to the stress-unloading，permeability-increasing and gas extraction in the medium thick coal seam.The high in-situ stress in the deep coal seam could not only decrease the coal permeability，but also increase the permeability-increasing range and the amplitude in the hydraulic slotting coal mass，therefore the boreholes gas extraction effect is much better in the early stage and the gas extraction period should be decreased by improving the borehole density during the field application process.Slotting manner has a great influence on the overall pressure-relief gas extraction effect in the coal seam：the pressure-relief gas extraction effect is the best under the condition of single slotting drilling parallel arrangement，

and the next is the single slotting-staggered arrangement，

followed by

double slotting interval arrangement，the worst.

Key words：low-permeability coal seam；hydraulic flushing；stress-unloading and permeability-increasing；gas extraction

0 引 言

煤炭是中国的主体能源，在保障国民经济快速发展过程中起着举足轻重的作用。

随着煤炭资源的高强度开采，浅部经济可采资源已经大幅减少，煤炭开采将不可避免地向深部转移。中国煤炭地质总局的统计数据表明[1-2]，深部煤炭资源储量丰富，埋深2 000 m以内的煤炭资源总量约为5.77万亿t，其中埋深超过1 000 m的煤炭资源总量约2.86万亿t。因此，开采深部煤炭资源对于保障能源供给，实现经济快速增长具有重大意义。然而，深部煤层具有高地应力、高瓦斯含量和低渗透率等特征，瓦斯抽采困难，煤与瓦斯突出灾害严重。如何对深部煤层进行有效增透是保障其安全开采的一大前提。水力割缝技术以高压水射流为动力，通过在煤层中构建人工裂隙来实现低透煤层的卸荷损伤增透[3-7]。该技术具有低成本、高效率及对环境友好等优点，在深部煤层增透方面具有广阔的应用前景。为实现水力割缝技术参数的合理优化，对其卸压瓦斯流场进行精准分析是十分必要的。林柏泉等考虑了应力重分布及孔隙压力变化对渗透率的影响，基于单孔介质模型对钻割煤体的卸压瓦斯场进行了数值分析，指出割缝钻孔四周瓦斯压力曲线存在“陡坡”现象[8]；KONG等基于类似的卸压瓦斯流动模型，采用响应面分析方法研究了割缝半径、瓦斯压力和渗透率对钻割煤体卸压瓦斯流动的影响[9]；ZHAO等基于双孔介质模型研究了渗透率的各向异性对钻割煤体卸压瓦斯流动的影响，指出渗透率的各向异性将导致钻孔四周的瓦斯压力等值线呈现为椭圆形，同时基质瓦斯压力下降速度有所减慢[10]；GAO等建立了卸压瓦斯流动“热-气-固”耦合模型，进一步分析了温度场对钻割煤体卸压瓦斯流动的影响，指出高温可以促进煤中瓦斯的解吸和运移[11]；ZHAO等采用Weibull函数表征了煤体的非均质性，构建了非均质煤体卸压瓦斯流动“应力场-损伤场-渗流场”多场耦合模型，研究了煤体非均质性对其卸压瓦斯流动的影响，指出煤体的非均质性越强，割缝形成的卸荷增透范围越大，煤中瓦斯压力下降速度越快[12]；LIU等建立了煤体损伤过程中的基质尺度演化模型，分析了损伤煤体瓦斯扩散响应对卸压瓦斯流动的影响，指出钻割煤体的卸荷损伤将导致基质尺度降低，瓦斯扩散能力增强，有利于瓦斯的早期流动[13]。

上述研究均基于经典COMSOL软件的二维卸压瓦斯流场，其成果对于指导水力割缝技术的工程应用具有重要意义。然而，从力学角度来讲，割缝钻孔能否基于平面应变理论进行二维简化是非常值得商榷的。要想精准掌握钻割煤体的卸压瓦斯流动特征，就必须对其三维卸压瓦斯流场进行解算。遗憾的是，由于煤体的低强度特性及深部的高应力环境，钻割煤体的力学破坏过程往往涉及到大变形问题。对于大变形弹塑性力学问题，基于有限元算法的COMSOL软件在进行三维解算时极易出现网格畸变和内嵌，导致刚度矩阵奇异，计算不收敛[2，14]。因此，经典的COMSOL软件难以对钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行解算，而这也对水力割缝技术的工程应用造成了不利影响。

与COMSOL软件不同，基于有限差分算法的FLAC3D软件采用了混合-离散分区技术和显式拉格朗日算法，在求解大变形弹塑性力学问题时有独特的优势[15]。鉴于此，文中综合考虑了FLAC3D软件和COMSOL软件的优势，采用FLAC3D-COMSOL序贯耦合的数值解算方法，以中厚煤层钻割卸荷增透为例，分别对不同割缝半径、割缝厚度、埋深和割缝方式下钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行数值分析。在该解算方法中，首先采用FLAC3D软件对钻割煤体的应力场、损伤场和渗流场进行求解，进而将其求解结果作为初始条件输入到COMSOL软件，实现钻割煤体的三维卸压瓦斯流场数值解算。研究成果为钻割煤体卸压瓦斯流场的精准分析提供了有效方法，极大地方便了水力割缝技术的参数优化，对于保障深部煤层的瓦斯高效抽采和矿井的安全生产具有重要意义。

1 钻割煤体卸压瓦斯流动理论模型

1.1 钻割煤体力学特性及损伤失效准则煤岩体可按照其峰后力学特性划分为理想塑性、应变软化和弹脆性3种类型。同时，理想塑性和弹脆性是应变软化特性的2种特殊形式。因此，文中采用应变软化模型来表征钻割煤体的力学特性，如图1所示。

基于变形特性，应变软化煤体的全应力应变曲线可以划分为3个阶段：弹性变形阶段、损伤扩容阶段和塑性残余阶段[16]。采用最大塑性主应变

εp1和最小塑性主应变εp3的差值γp（即γp=εp1-εp3）作为软化参数，且假定塑性残余阶段起始点处对应的软化参数值为

γp*

，则上述3个阶段可分别采用

γp=0、0＜γp＜γp*

和γp≥γp*进行数学表征[17-18]。应变软化煤体损伤扩容过程中新生裂隙的发育将导致其黏聚力发生渐进性丧失。当前，常常采用分段函数来表征应变软化煤体全应力应变过程中的黏聚力演化[19]

c=

c0-（c0-cr）γp/γp*，0＜γp＜γp*

cr，γp≥γp*

（1）

式中 c为煤体黏聚力，MPa；c0为煤体初始黏聚力，MPa；

cr为煤体残余黏聚力，MPa。采用经典的摩尔-库伦准则作为钻割煤体的损伤失效准则[20]

f=σ1-

2ccos φ

1-sin φ

-σ3

1+sin φ1-sin φ

（2）

式中 σ1为最大主应力，MPa；σ3为最小主应力，MPa；φ为内摩擦角，（°）。

1.2 钻割煤体瓦斯渗流响应模型水力割缝过程中，钻割煤体将发生应力重分布及塑性损伤，从而引起瓦斯渗流响应。从图1可以看出，应变软化煤体全应力应变过程中的渗透率演化体现出明显的阶段化特征：在弹性变形阶段，煤体渗透率逐渐降低；在损伤扩容阶段，煤体渗透率出现显著反弹；在塑性残余阶段，煤体渗透率几乎不变。鉴于此，郭海军和涂庆毅等构建了应变软化煤体全应力应变过程中的渗透率演化模型，见式（3）[16，21]。文中采用该模型来表征钻割煤体的瓦斯渗流响应。

k=

k0exp

[Cf（ΔΘ）]γp=0

k01

1+

γpγp*

ζ

0＜γp＜γp*

k01

（1+ζ）γp≥γp*

（3）

式中 k为煤体渗透率，mD；k0为煤体初始渗透率，mD；Cf为裂隙压缩因子，MPa-1；ζ为渗透率反弹系数，无量纲；

Θ为体积应力，MPa；

k01

为损伤扩容起始点对应的煤体渗透率，mD。

1.3 双孔介质煤体瓦斯流动模型按照双孔介质理论，煤中瓦斯流动是基质扩散和裂隙渗流所形成的串联过程。其中，基质瓦斯扩散过程遵循菲克定律，而裂隙瓦斯渗流过程遵循达西定律。

1.3.1 瓦斯扩散方程煤基质中的瓦斯赋存形态主要有吸附态和游离态2种。根据菲克定律及基质瓦斯质量守恒定律，基质瓦斯扩散方程可采用下式进行表征[22]

VLPLρRT（PL+pm）2VM+ψmpmt=-（pm-pf）τ（4）

式中 VL为甲烷极限吸附量，m3/t；PL为甲烷吸附常数，MPa-1；ρ为基质密度，kg/m3；R为气体常数，8.314 J·（mol·K）-1；T为煤体温度，K；pm为基质瓦斯压力，MPa；VM为气体摩尔体积，mL·mol-1；ψm为基质孔隙率，%；t为时间，s；pf为裂隙瓦斯压力，MPa；τ为瓦斯吸附时间，s。

1.3.2 瓦斯渗流方程基于达西定律及裂隙瓦斯质量守恒定律，煤体裂隙中的瓦斯渗流方程可采用下式进行表征[21]

ψfpft+pfψft=k?（pf?pf）+（1-ψf）1τ（pm-pf）（5）

式中 ψf为煤体裂隙率，%。式（1）和式（2）分别表征了钻割煤体的力学强度特性及损伤失效准则；式（3）表征了钻割煤体瓦斯渗流响应模型；式（4）和式（5）表征了双孔介质煤体的瓦斯流动模型。这些模型构成了钻割煤体卸压瓦斯流动理论模型。

2 数值解算方法及模拟方案

2.1

数值解算方法及单孔条件下的数值模拟方案

前文构建了钻割煤体卸压瓦斯流动理论模型。要想精准掌握钻割煤体的卸压瓦斯流动特征，就必须对上述卸压瓦斯流动理论模型进行三维解算。当前，基于有限元算法的COMSOL软件在多物理场流固耦合分析时获得了广泛应用。然而，考虑到COMSOL软件在大变形弹塑性力学问题三维解算方面的不足，文中采用FLAC3D-COMSOL序贯耦合的数值解算方法开展模拟研究。以单孔条件下的几何模型为例，FLAC3D

-COMSOL序贯耦合解算流程如图2所示。首先，采用FLAC3D软件对钻割煤体的应力场和损伤场进行数值分析，获得其应力重分布和塑性损伤破坏特征；在此基础上，采用FISH语言进行编程，对瓦斯渗流响应模型式（3）进行求解，获得钻割煤体的瓦斯渗流响应特征；最后，将钻割煤体在COMSOL软件中进行重建，并将FLAC3D软件中获得的渗透率数据通过txt文件进行导入，通过对瓦斯流动方程式（4）和式（5）进行求解，获得钻割煤体的卸压瓦斯流动特征。为了简化计算起见，图2中的几何模型仅为完整煤层的1/4。在图2所示的FLAC3D几何模型中，模型尺寸为6 m×6 m×8.2 m。其中，煤层厚度为2.2 m，顶底板厚度均为3 m。模型底部设置为固定边界，模型四周设置为滚轴边界，而模型的顶部设置为应力边界，施加上覆岩层所产生的垂向应力。水平应力的数值按照垂向应力进行取值，即原始含煤地层处于静水压力状态。此外，普通穿层钻孔的半径设置为0.07 m。在COMSOL几何模型中，钻孔及人工裂隙设置为恒压边界，瓦斯抽采压力为76 kPa，其他边界设置为非流动边界。煤层原始瓦斯含量为11.7 m3/t（对应瓦斯压力为1.38 MPa）。同时，在煤层中部设置瓦斯监测线，对抽采过程中的瓦斯含量演化进行监测。钻割煤体的卸荷增透特征与割缝半径r、割缝厚度h和煤层埋深H密切相关。鉴于此，基于图2所示的单孔几何模型，设置了3个模拟对照组，共计7个模拟工况，分别对不同割缝半径、割缝厚度和埋深下钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行了数值分析。单孔条件下的模拟方案见表1。需要说明的是，割缝半径的取值范围取自当前公开发表的文献，割缝厚度根据出煤量计算公式计算而来。割缝半径和割缝厚度工况1和工况4中单孔的出煤量均为1.32 t，工况3和工况5中单孔的出煤量均为5.28 t，但其割缝半径和割缝厚度有所差异。众所周知，在水力割缝技术中，研究人员总是渴望用最少的出煤量获得最优的卸荷增透效果，而出煤量主要取决于割缝半径和割缝厚度2个参数。因此，通过对比工况1和工况4（或工况3与工况5）中的卸压瓦斯流动情况，可以进一步分析割缝半径和割缝厚度对煤体卸荷增透的敏感性。表中参数主要取自于现场实测值或当前公开发表的文献[23]。

2.2 孔群条件下的模拟方案为了验证上述数值解算方法同样适用于孔群条件，进一步开展了孔群条件下的数值模拟研究。在孔群条件下，共设置3个模拟工况（即单缝钻孔平行布置、单缝钻孔交错布置和双缝钻孔间隔布置），对不同割缝方式下钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行了数值分析。在图3中，每个割缝钻孔的割缝半径均为1.5 m，割缝厚度均为0.3 m，初始三向主应力均为15 MPa，初始渗透率均为0.007 mD。在单缝钻孔平行布置工况中，割缝位置均位

于煤层中央；在单缝钻孔交错布置工况中，1#和3#钻孔的割缝位置靠近煤层底板，2#和4#钻孔的割缝位置靠近煤层顶板；在双缝钻孔间隔布置工况中，1#钻孔和3#钻孔为割缝钻孔，每个钻孔进行2次割缝，而2#钻孔和4#钻孔为普通穿层钻孔。上述3个工况的钻孔工程量完全相同。

2.3 模拟参数单孔和孔群条件下所用到的共性模拟参数见表2，表中参数均取自于实验室或现场测试结果。

3 结果与讨论

3.1 单孔条件下的三维卸压瓦斯流场分析

3.1.1 不同割缝半径下的三维卸压瓦斯流场分析不同割缝半径下，钻割煤体的卸荷增透特征如图4所示。采用FISH语言编程的方法，计算了不同工况下单个钻孔四周煤体的增透体积。可以看出

1）水力割缝过程中，钻割煤体中发生了应力重分布，体积应力显著降低，但在卸压区之外也出现了应力集中现象；

2）钻割煤体中发生了塑性损伤，形成了圆台形的塑性损伤区，煤层中部的损伤半径大于煤层顶底板处（以Case 1为例，煤层中部的损伤半径为

1.19 m，而煤层顶底板处的损伤半径仅为0.55 m）

；

3）钻割煤体的卸荷损伤导致其渗透性显著改善，煤体的渗透率最高可增加约1 079倍（3.033个数量级）；

4）割缝半径越大，煤体的卸荷增透范围越大。随着割缝半径由1.00 m增加到2.00 m，钻割煤体的增透体积由4.61 m3增加到28.36 m3，煤体增透体积增加5.15倍。

基于图4中渗透率数据，将其导入COMSOL软件，分析了不同割缝半径下钻割煤体的卸压瓦斯流动特征。钻割煤体的残余瓦斯含量云图及瓦斯含量监测结果如图5所示。取矿井的临界瓦斯含量为8 m3/t，则从图5可以看出

1）水力割缝过程中钻割煤体的卸荷增透为钻孔瓦斯抽采提供了有利条件，瓦斯抽采开始后，割缝钻孔四周瓦斯含量迅速降低。以割缝半径1.50 m为例，经过60 d的瓦斯抽采，其瓦斯抽采半径就已达到了2.12 m；

2）瓦斯抽采周期越长，割缝钻孔的瓦斯抽采效果越好。以割缝半径1.50 m为例，随着瓦斯抽采周期由60 d增加到180 d，割缝钻孔的瓦斯抽采半径由2.12 m增加到2.35 m。

3）在相同瓦斯抽采周期内，割缝半径越大，割缝钻孔的瓦斯抽采效果越好。以瓦斯抽采周期180 d为例，随着割缝半径由1.00 m提高到2.00 m，割缝钻孔的瓦斯抽采半径由1.72 m增加到3.02 m。

3.1.2 不同割缝厚度下的三维卸压瓦斯流场分析不同割缝厚度下，钻割煤体的卸荷增透特征如图6所示。可以看出，在其他参数恒定的前提下，煤体的卸荷增透范围随割缝厚度的增加而增大。随着割缝厚度由0.13 m增加到0.53 m，钻割煤体的增透体积由13.90 m3增加到16.24 m3，增幅为16.83%。由表1可知，工况1和工况4中钻孔的出煤量均为1.32 t。然而对比图4和图6可知，工况4中煤体的增透体积（13.90 m3）远大于工况1（4.61 m3）。这是由于割缝半径和割缝厚度对煤体卸荷增透的敏感性不同。在工况1中，割缝半径为1.0 m，割缝厚度为0.30 m；而在工况4中，割缝半径为1.50 m，割缝厚度为0.13 m。说明在中厚煤层钻割增透过程中，增加割缝半径要比增加割缝厚度更为有效。对比工况3和工况5中煤体的增透体积，也可发现此规律。

基于图6中不同割缝厚度下钻割煤体的渗透率数据，进一步对其卸压瓦斯流动特征进行分析，结果如图7所示。

从图7可以看出，在相同割缝半径下，随着割缝厚度的增加，割缝钻孔的瓦斯抽采效果有一定的改善，但是效果并不显著。以瓦斯抽采周期180 d为例，随着割缝厚度由0.13 m提高到0.53 m，割缝钻孔的瓦斯抽采半径仅由2.25 m提高到2.50 m。此外，对比图5和图7，可以发现工况4中的瓦斯抽采半径明显大于工况1。以瓦斯抽采周期180 d为例，工况4中割缝钻孔的瓦斯抽采半径为2.25 m，大于工况1中的瓦斯抽采半径1.72 m。这也从瓦斯抽采的角度证明了，在相同出煤量的条件下，增加割缝半径比增加割缝厚度更有利于中厚煤层的增透。

3.1.3 不同埋深下的三维卸压瓦斯流场分析随着煤层回采深度的增加，地应力不断增大，而煤层渗透率逐渐降低。为了探究水力割缝技术在深部煤层增透中的应用前景，进一步对不同埋深下钻割煤体的卸压瓦斯流场进行了数值分析。不同埋深下钻割煤体的卸荷增透特征如图8所示。从图8可以看出，随着煤层埋深的增加，钻割煤体的增透体积略有增加。随着煤层埋深由480 m增加到720 m，煤体的增透体积由11.92 m3增加到17.16 m3，增幅为43.96%。同时，埋深越深，钻割煤体的渗透率增幅越大。这是由于埋深越深，煤层所受原始地应力越高所造成的。

不同埋深下，钻割煤体的卸压瓦斯流动特征如图9所示。当瓦斯抽采周期为60 d时，随着煤层埋深由480 m增加到720 m，钻孔的瓦斯抽采半径由2.07 m提高到2.18 m。在早期瓦斯抽采过程中，煤层埋深越深，钻孔的瓦斯抽采效果越好。然而，当瓦斯抽采周期增加到180 d时，情况出现了反转。此时，随着煤层埋深由480 m增加到720 m，钻孔的瓦斯抽采半径由2.53 m降低到2.34 m。这说明在长期瓦斯抽采情况下，煤层埋深越深，钻孔的瓦斯抽采效果越差。这是因为早期瓦斯抽采主要集中于钻孔的卸荷增透区域，深部煤层增透范围大，增透幅度高，因此钻孔抽采半径大；然而，随着抽采时间的延长，钻孔瓦斯抽采向卸荷增透区域以外转移，深部煤层原始渗透率低，因此钻孔长期瓦斯抽采半径小。通过上述分析，不难推断，水力割缝技术同样适用于深部煤层。然而，在具体应用过程中，应适当增加钻孔密度，尽量在短时间内抽采完毕。

3.2 孔群条件下的三维卸压瓦斯流场分析基于图3所示的割缝方式及位置参数，获得的孔群条件下钻割煤体的卸荷增透特征如图10所示。割缝方式对煤层的整体卸荷增透效果具有显著的影响。在中厚煤层中，单缝钻孔平行布置情况下煤层的整体卸荷增透效果最好，单缝钻孔交错布置情况下次之，而双缝钻孔间隔布置情况下最差。因为在单缝钻孔平行布置情况下，人工裂隙位于煤层的中央，因此裂隙上下两侧煤体均获得了充分的卸荷增透。相对应地，在单缝钻孔交错布置情况下，距离人工裂隙较远一侧的煤体卸荷增透不充分，因此煤层的整体卸荷增透效果次之。然而，在双缝钻孔间隔布置情况下，由于煤层厚度不大，双缝钻孔的卸荷增透范围并不会明显增加，反而使得普通钻孔附近出现了较大范围的应力集中区，因此煤层的整体卸荷增透效果最差。

孔群条件下，钻割煤体的卸压瓦斯流动特征如图11和图12所示。

可以发现，基于FLAC3D-COMSOL序贯耦合的数值解算方法同样适用于孔群条件下。瓦斯含量数据表明，对于中厚煤层瓦斯抽采而言，单缝钻孔平行布置情况下效果最好。以瓦斯抽采周期60 d为例，单缝钻孔平行布置情况下，煤层中部最大残余瓦斯含量仅为4.37 m3/t，瓦斯抽采效果最好；单缝钻孔交错布置情况下，煤层中部最大残余瓦斯含量为6.58 m3/t，瓦斯抽采效果次之；双缝钻孔间隔布置情况下，煤层中部最大残余瓦斯含量高达10.00 m3/t，瓦斯抽采效果最差。图11和图12中煤体的卸压瓦斯流动特征与图10中煤体的卸荷增透特征相吻合。

4 结 论

1）水力割缝过程中，钻割煤体内发生了显著的卸荷损伤，同时中厚煤层中部的损伤区域大于煤层的顶底板处，即煤体的损伤区域呈现出圆台形特征；伴随着煤体的卸荷损伤，其渗透率可大幅提高2～3个数量级，为其内卸压瓦斯抽采提供了有利条件。2）随着割缝半径和割缝厚度的增加，钻割煤体的卸荷增透和瓦斯抽采效果均有明显改善：随着割缝半径由1.00 m增加到2.00 m，煤体增透体积增加5.15倍，180 d时钻孔的瓦斯抽采半径由1.72 m增加到3.02 m；随着割缝厚度由0.13 m增加到0.53 m，煤体增透体积增加16.83%，180 d时钻孔的瓦斯抽采半径由2.25 m提高到2.50 m。然而，在相同出煤量情况下，增加割缝半径更有利于中厚煤层的卸荷增透和瓦斯抽采。3）深部高地应力环境导致煤层初始渗透率下降，但也可提高钻割煤体的增透范围和增透幅度，因此深部区域钻孔早期瓦斯抽采效果好，后期抽采效果差，在抽采过程中应尽量增加钻孔密度，缩短抽采周期；同时割缝方式对中厚煤层的整体卸压瓦斯抽采效果具有显著影响，单缝钻孔平行布置情况下效果最好，单缝交错布置情况下次之，而双缝间隔布置情况下效果最差。

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（责任编辑：杨泉林）