深井高瓦斯低渗煤层深孔聚能爆破增透试验研究

煤炭科学技术
网络首发时间：2024-06-17 09:54:13

作者

傅师贵刘泽功常帅杨帅张健玉乔国栋张鑫
单位

安徽理工大学安全科学与工程学院合肥综合性国家科学中心能源研究院
摘要

随着煤炭逐渐往深部区域开采，将面临着高地应力问题。针对深井高瓦斯低渗煤层在深部地应力作用下聚能爆破增透煤体内部损伤及裂隙演化规律不清楚，建立了聚能爆破射流理论模型，研究了聚能射流形成的临界压垮速度，验证了射流形成的可行性，分析了聚能爆破载荷侵蚀煤体的作用机制；随后通过在实验室开展了不同埋深下聚能爆破和普通爆破的相似模拟对比实验，从宏观裂纹、应变情况以及超声波数据三个方面分析不同埋深下聚能爆破和普通爆破对煤层裂纹扩展的影响；其次通过数值模拟软件研究不同埋深下聚能爆炸载荷对煤体损伤分布特征情况；最后通过现场试验研究普通爆破和不同埋深下聚能爆破对瓦斯浓度和瓦斯抽采纯量的影响。爆破相似模拟实验结果表明：深部地应力会抑制爆破载荷对煤体的致裂范围，并且普通爆破受地应力的影响比聚能爆破更大；相对比于普通爆破，聚能药包在深部煤体爆破增透时致裂范围更广，在聚能方向上1#测点最大压应变峰值是普通爆破的1.35倍，而非聚能方向上3#测点最大压应变峰值为普通爆破的86％，这也导致裂纹优先向聚能方向扩展，在非聚能方向扩展较少，爆破定向效果更佳。数值模拟结果表明：随着埋深的增加，聚能爆破侵彻煤体的范围会变小；拟合了埋深与聚能爆破致裂煤体范围关系式，能在一定程度上为深部矿井聚能爆破致裂煤体范围作为判断依据。现场试验结果表明：深孔聚能爆破比普通深孔爆破能够更大程度增加瓦斯抽采。而埋深对深孔聚能爆破致裂范围有一定的影响，因此在深部矿井中采用聚能爆破时应考虑地应力的影响。研究成果对深部高瓦斯低渗煤层爆破增透有一定的参考意义。
关键词

聚能射流数值模拟煤层增透地应力相似模拟
文章目录

0引言
1聚能爆破形成及作用机理
1.1聚能射流的形成条件
1.2聚能射流侵彻煤体
2不同埋深下聚能爆破相似模拟试验
2.1试验平台搭建
2.2试验模型参数选取
2.3加载应力选取
2.4试验模型和聚能药管制作
3试验过程及结果分析
3.1宏观裂纹分析
3.2应变结果分析
3.3超声波数据分析
4不同埋深下聚能爆破对煤体损伤影响
4.1模拟工况设计
4.2模型的状态方程及参数
4.2.1空气的材料及状态方程
4.2.2炸药的材料及状态方程
4.2.3煤层的材料参数
4.2.4聚能管材料
4.3模拟结果分析
5 深孔聚能爆破现场试验
5.1 试验地点概况
5.2炮孔参数设计
5.3 试验结果分析
6结论
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[1]柱状聚能药管聚能罩角度对煤层爆破增透效果影响的试验研究
[2]深部高瓦斯煤层爆破致裂增透裂纹扩展规律研究