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高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破强化增透效应研究

蔡峰  
【摘要】:深孔预裂爆破为高瓦斯低透气性煤层增透,进而解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题提供了一条新的有效的途径。本文利用理论分析、数值模拟、现场试验、实际工程应用等方法系统地研究了深孔预裂爆破技术对低透气性高瓦斯煤层增透效应和促进煤层瓦斯抽采、防止煤与瓦斯突出的作用机理,指出了煤层硬度参数、煤层埋深参数以及相同煤层性质、爆破强度、埋深条件下,爆破孔孔径、爆破孔装药耦合系数以及爆破孔与导向孔的间距对爆破效果的影响,取得了以下研究成果: (1)得出了爆生应力波在煤体介质中的传播和衰减规律:①随着介质弹性模量的增加,爆生应力波随传播距离的衰减越来越小;②在传播距离小于大约10m时,应力波的衰减随着延迟时间的增加而减小,在传播距离大于大约10m以后,应力波的衰减随着延迟时间的增大而增大; (2)煤层硬度对爆破效果的影响较大:煤层的硬度越低,煤体越容易破碎,在爆生应力波的作用下,爆孔周围的煤体被极度破碎,形成粉碎圈,起到了缓冲应力波的作用,阻止了裂隙的进一步发育,因而煤层的硬度越高,裂隙发育越充分; (3)在相同爆破强度下,煤层埋深对深孔预裂爆破效果的影响较小,因而对于深部煤层,同样可以运用深孔预裂爆破技术进行卸压增透; (4)分析得出了爆破孔径对爆破效果的影响:随着爆破孔孔径的增大,爆孔周围煤体支承应力峰值逐渐增高,峰值距离逐渐增远,但是变化幅度很小,因此,在爆破孔径发生变化的时候,爆破孔径增大,卸压半径也相应增大,爆破卸压增透半径R_α在2.7~3.5m之间变化; (5)得到了装药耦合系数对爆破效果的影响:当耦合系数为B_l=0.6时,由于耦合系数较小,地应力曲线具有极大极小值,在炮孔上产生了应力集中,卸压效果微乎其微;当耦合系数B_l为0.8和1.0时,产生了较长的贯穿裂隙面,因此地应力峰值距离和卸压半径都比较大,卸压效果较好。因此,装药耦合系数对地应力卸除效果有着很大的影响;耦合系数大,卸压效果较好; (6)获得了爆破孔与导向孔的合理间距:当爆破孔与导向孔之间的距离L在3~4m之间时,卸压半径随孔间距的增加而增加,地应力的卸除效果也随之越好。 从试验地点的效果看,深孔松动爆破试验增透效果显著提高了煤体透气性,提高了瓦斯抽采浓度和抽采量,有效松动半径为3~3.5m,表明对于低透气性高瓦斯煤层进行深孔预裂爆破增透技术是一种积极可行的方案,为实现低透气性高瓦斯煤层高效集约开采提供了可靠的技术保障。


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