煤炭学报

作者：胡国忠, 王同辉, 杨南, 郑杰, 许家林, 李国君, 杨海清, 曹迪,

关键词：微波破煤, 开放式微波辐射, 煤层钻孔, 热力耦合, 致裂机制,

通过钻孔破煤进行卸压增透是解决低渗煤层瓦斯预抽困难的有效途径之一。微波破岩技术因具有热效率高、环保、非接触式破岩的特点在钻孔破煤卸压增透方面极具应用前景，但其破煤特性及致裂机理不明。为此，研发了一套适用于钻孔环境的开放式微波破煤岩实验系统，开展了钻孔开放式微波破煤试验，明确了开放式微波致裂煤体的破裂过程，获取了微波参量、煤体温升演化、声发射特征与裂缝扩展的变化关系，揭示了开放式微波破煤过程中煤体温升、起裂与裂缝扩展规律。在此基础上，利用煤层钻孔开放式微波破煤的热–力耦合模型，阐明了微波辐射下孔周煤体温度场与内部应力场的时空演化规律，确定了钻孔微波致裂的影响范围，揭示了钻孔环境下开放式微波致裂煤体的热力耦合作用机制。结果表明：开放式微波对煤体的热效应促使孔周煤体快速升温并形成“加热区–传热区–未加热区”的温度分区，引起剧烈的切向拉应力，使煤体在“传热区”外边界、原生裂隙或自由面上发生起裂，并向钻孔径向持续扩展与连通，进而实现大范围致裂。高功率微波辐射加速了孔周煤体的温升与热应力积累，使煤体破裂萌生期持续时长明显缩短、起裂阈值温度略有降低，促进了煤体裂缝的快速扩展，显著提高了孔周煤体的微波致裂半径。随着微波辐射时间延长，孔周煤体的温度分区范围与切向拉应力持续增大，导致煤体新生裂缝的数量、长度与开度均显著增加。微波对煤体的致裂效应增大了孔周煤体破碎区范围，降低了煤体有效应力，从而产生卸压效果。例如，在14 kW、400 min的微波能量作用下，孔周煤体的致裂半径为1.57 m、卸压半径达2.72 m。该研究成果为微波破煤卸压增透技术及装备研发提供了重要支撑。

来源：2026年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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