告成煤矿水力冲孔与爆破增透联合增透技术研究

发布时间：2020-10-17 07:02

　　 本文针对告成煤矿煤层透气性差、煤质松软、瓦斯难以抽采等问题,采用理论分析、相似模拟试验、现场工业化试验相结合的研究方法,借助动态应变仪、网络并行电法仪等先进设备,系统研究了水力冲孔与爆破增透结合的煤层增透机理,并对技术工艺参数进行了优化。具体研究内容如下:首先,对冲爆联合区域性卸压增透机理进行了深入分析。分析了爆破能量、应力波、爆生气体以及控制孔在裂隙扩展过程中起到的作用,研究发现爆炸能量以应力波与高温高压的爆生气体向外释放,当应力波传播到控制孔表面,发生反向拉伸,使裂隙区进一步发展;爆生气体楔入应力波作用产生的裂隙中,促进了裂隙的扩展。其次,开展了冲爆联合区域性卸压增透相似模拟实验,获得了应力波的传播规律及区域性煤层损伤特征。依据相似理论和相似准则,确定了煤岩体模拟材料及配比;依据相似理论、断裂力学及告成煤矿地质数据等设计相似模拟试验方案;试验结果表明:控制孔对裂隙发育具有明显的导向作用,控制孔的存在提供了煤体爆破产生压碎区和裂隙区所需的空间,同时能够消除应力集中;动态应变仪采集的数据表明,应力波在煤体中产生明显的反复拉伸作用,且此作用在离爆破孔越近的地方越明显;通过电法仪采集数据可得,电法仪是一种可以直观、清晰观察煤层裂隙的新方法,具有实际应用价值。最后,开展了冲爆联合区域性增透现场工业化试验。实测数据表明,冲爆联合区域性增透的影响半径可达15m,抽采孔瓦斯抽采浓度与抽采纯流量在48小时以内保持较高水平;将爆破孔接入抽采管路进行瓦斯抽采,结果表明相对于抽采孔,爆破孔有更高的瓦斯抽采浓度,抽采效果优于抽采孔。冲爆联合区域性卸压增透技术在低透气性松软煤层中能够起到较好的增透效果,使瓦斯抽采效率大幅度提升。研究成果对于国内同类煤层,尤其是高瓦斯、低透气性松软煤层,具有较高的推广价值。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712.6
【部分图文】：

量得不到有效利用，爆破的能量不能够充分的实现对煤体的致裂作用；最后，控??制孔能够提供煤体爆破产生压碎区和裂隙区所需空间，并消除应力集中％３５３。??通过力学模型对控制孔的作用进行分析，控制孔力学模型如图２－１所示：??■个”千”今”丨??图２－１爆炸应力作用下控制孔的受力状态??Ｆｉｇ２－１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｏｒｅ?ｕｎｄｅｒ?ｔｈｅ?ｂｌａｓｔｉｎｇ?ｓｔｒｅｓｓ??在图２－１中：??ａｒｃ＝－ａ２Ｐｃ／Ｌ２?（２－２）??＜ｒｄｃ＝ａ２Ｐｃ／Ｌ２?（２－３）??控制孔自由面处的切向应力可用下式表示：??ａｇｃ?＝?Ｓ（ｌ＋３ａ４?／ｒ４）ｃｏｓ２ｄ?（２－４）??式中：??—控制孔径向应力，ＭＰａ；??ｕ—控制孔的半径，ｍ；??炸药爆炸压力，ＭＰａ；??ｉ＿孔间距，ｗ；??控制孔切向应力，ＭＰａ；??５＿爆炸应力，ＭＰａ；??ｒ—极坐标半径，ｍ；??－９－??

（ａ）?（ｂ）??图３－１试块强度测试??Ｆｉｇ．３－１?Ｔｅｓｔ?ｂｌｏｃｋ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｔｅｓｔ??２．３材料参数测试??根据试验的方案，制作底板、煤层和顶底板各９块试块，每层试块分三比，最终选择一种力学参数最接近实际情况的进行试验。??因为试验主要考察爆破对煤层的破坏情况，所以在确定模块材料相似主要以抗压强度为指标，通过利用ＲＭＴ机对单轴抗压强度进行测量，用沙子、水泥、石膏、煤粉、水这些材料进行配比，足以满配比出不同体、顶底板，通过调整材料配比可以使得模拟试块和实际煤体物理力相似，最终确定煤层、顶板和底板的相似模拟材料配比参数分别如表３－３表３－３爆破相似材料配比方案??Ｔａｂ．３－３?Ｔｈｅ?ｒｅｃｉｐｅ?ｏｆ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｆｏｒ?ｂｌａｓｔｉｎｇ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??别?砂子?水泥?石膏?煤粉?水??层?３．５?０．３?１．０?１．０?０．８３??．

（ａ）?（ｂ）??图３－１试块强度测试??Ｆｉｇ．３－１?Ｔｅｓｔ?ｂｌｏｃｋ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｔｅｓｔ??３．２．３材料参数测试??根据试验的方案，制作底板、煤层和顶底板各９块试块，每层试块分三种不??同配比，最终选择一种力学参数最接近实际情况的进行试验。??因为试验主要考察爆破对煤层的破坏情况，所以在确定模块材料相似配比过??程中主要以抗压强度为指标，通过利用ＲＭＴ机对单轴抗压强度进行测量，结果表??明，用沙子、水泥、石膏、煤粉、水这些材料进行配比，足以满配比出不同强度??的煤体、顶底板，通过调整材料配比可以使得模拟试块和实际煤体物理力学性能??参数相似，最终确定煤层、顶板和底板的相似模拟材料配比参数分别如表３－３所示：??表３－３爆破相似材料配比方案??Ｔａｂ．３－３?Ｔｈｅ?ｒｅｃｉｐｅ?ｏｆ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｆｏｒ?ｂｌａｓｔｉｎｇ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??—类别?砂子?水泥?石膏?煤粉?水??煤层?３．５?０．３?１．０?１．０?０．８３??顶板?５＿８?１
【参考文献】

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本文编号：2844457