煤炭科学研究总院煤科集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁工程技术大学 安全科学与工程学院矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室
为了增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯的利用率和抽采效率,提出了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术。本文分析了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透的爆破致裂机理,建立了在爆轰气体作用下的裂纹应力强度因子方程和裂纹二次扩展半径方程。利用RFPA2D-Flow和ANSYS/LS-DYNA有限元分析模拟软件分别对水力压裂后孔壁周围煤岩体从微小裂隙的产生、逐渐延伸与裂隙扩展规律以及在深孔预裂爆破前制造不同长度的预裂缝对爆破致裂后瓦斯抽采增透效果的影响情况分别进行了数值模拟。同时在阳泉五矿8410工作面开展了现场工业性试验,以此验证煤矿井下进行水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后的瓦斯抽采增透效果。结果表明:使用水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后煤层的透气性与常规的深孔预裂爆破相比有显著的提高,致裂孔的初始瓦斯涌出量是普通爆破孔的3.18倍,瓦斯含量的衰减强度降低了77.3%。深孔预裂爆破的有效影响半径随着爆破孔内预裂缝长度的增加而提高,而且二者呈线性关系。本文中采用复合爆破后的致裂有效半径可达到6.98m,与数值模拟结果得到的致裂有效半径6.763m相符。同时数值模拟与现场工业性试验的结果均证明:本文提出的水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,能够有效的增加煤岩层的透气性,提高瓦斯的抽采效率,为其他低渗透高瓦斯煤层的瓦斯抽采增透技术提供了参考价值。
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