底板穿层钻孔预裂爆破煤层增透模拟试验研究

发布时间：2017-05-05 11:14

  本文关键词：底板穿层钻孔预裂爆破煤层增透模拟试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭对于我国国民经济的健康发展具有十分重要的作用,但同时矿井瓦斯灾害也是中国煤矿安全的主要隐患。为了有效的防治瓦斯灾害,针对预裂爆破增透技术,本文提出了底板穿层钻孔预裂爆破煤层增透相似模拟试验的研究课题。穿层钻孔预裂爆破相对于顺层钻孔预裂爆破更安全,更具有应用前景,需要对其作进一步的研究,特别是爆破对煤层顶底板的影响更需作进一步的研究,对防治瓦斯灾害、保障矿井安全高效生产具有十分重要的现实意义。 首先,本文在爆炸力学、岩体力学、断裂损伤力学等多门学科理论分析的基础上,分析了本试验研究所涉及到的国内外研究现状,并通过对深孔预裂爆破增透机理研究现状的归纳总结,详细分析了炸药在爆破孔内被引爆后,爆轰波、爆生气体、煤层赋存瓦斯以及控制孔等在煤层预裂爆破增透中的作用和机理。 其次,分析总结了相似模拟理论。本试验为相似模拟试验,为了确保相似模拟试验的结果对工程实践具有实际的指导意义,试验的相似模拟模型与工程实践原型之间必须满足相似理论的基本原理。 最后,依据淮南矿区C13-1煤层及其顶底板岩层的实际条件,根据相似理论的基本原理,采用几何比为30：1在实验室构建了相似模拟的试验系统。完成了相似模拟试验材料的配比试验并进行了穿层钻孔预裂爆破的相似模拟试验,得出了适合本试验的相似材料的配比,及不同爆破情况下的爆破煤层裂隙的扩展情况以及爆破作用对煤层顶底板岩层的影响。基于超动态应变仪以及静态应变仪测得爆破前后煤岩层相关参数的变化,定性分析了爆破前后煤岩层应力的变化规律,综合分析了底板穿层钻孔爆破对煤层增透效果的影响。 本文主要是通过对深孔预裂爆破增透机理以及相似理论的分析,采用相似模拟试验研究穿层爆破对增透及爆破煤层顶底板的影响,为工程实践中深孔预裂爆破的参数设计提供试验依据,也为穿层钻孔深孔预裂爆破理论的分析研究提供了试验验证。
【关键词】：穿层钻孔 预裂爆破 相似模拟试验 煤层增透
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 瓦斯抽采研究现状15-16
• 1.3 穿层钻孔深孔预裂爆破研究现状16-18
• 1.4 爆破相似模拟试验研究现状18-19
• 1.5 穿层钻孔深孔预裂爆破目前具有的主要问题19
• 1.6 本文研究的主要内容和方法19-20
• 1.7 本文主要技术路线20-22
• 2 深孔预裂爆破增透机理研究22-34
• 2.1 炸药爆轰波22
• 2.2 爆破能量分析22-23
• 2.3 爆破应力波作用23-24
• 2.4 控制孔作用机理24-25
• 2.5 爆生气体作用机理25-27
• 2.6 煤层瓦斯压力对裂隙扩展作用27-28
• 2.7 深孔预裂爆破作用过程28-32
• 2.7.1 压缩圈的生成及范围28-31
• 2.7.2 裂隙圈的形成及范围31-32
• 2.8 本章小结32-34
• 3 相似理论34-38
• 3.1 相似理论的基本概念34-35
• 3.2 相似模拟试验基本原理35-36
• 3.2.1 相似第一定理(相似定理)35-36
• 3.2.2 相似第二定(Π定理)36
• 3.2.3 相似第三定理(相似存在定理)36
• 3.3 岩石力学平面问题相似条件36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 相似模拟材料配比试验38-52
• 4.1 煤体的工程性质38-41
• 4.1.1 煤体的物理性质38-39
• 4.1.2 煤体的结构特性39
• 4.1.3 煤体的力学特性39-40
• 4.1.4 煤体的波速40
• 4.1.5 煤体变形机制40-41
• 4.1.6 瓦斯吸附平衡特性41
• 4.2 煤体工程分类41-42
• 4.2.1 分类因素41-42
• 4.2.2 分类标准42
• 4.2.3 工程分类42
• 4.3 模拟材料选择及配比试验42-50
• 4.3.1 模型相似比43
• 4.3.2 试验方案43
• 4.3.3 对相似材料的基本要求43-44
• 4.3.4 相似材料的分类44
• 4.3.5 试验仪器设备44-45
• 4.3.6 模拟材料配比试验45-47
• 4.3.7 参数测试47-48
• 4.3.8 试验结果与分析48-50
• 4.4 小结50-52
• 5 相似模拟试验52-82
• 5.1 相似模拟试验目的52
• 5.2 试验煤岩层地质条件52
• 5.3 深孔预裂爆破相似模拟试验系统构建52-60
• 5.3.1 试验装置箱体的设计53
• 5.3.2 试验加载系统53-54
• 5.3.3 试验装置监控系统54-58
• 5.3.4 试验测点的布置58-60
• 5.4 主要爆破参数60-66
• 5.4.1 炮孔装药量60-62
• 5.4.2 炮眼深度62
• 5.4.3 最小抵抗线62-63
• 5.4.4 炮眼密集系数63-64
• 5.4.5 炮眼间距64
• 5.4.6 装药结构及炮孔直径64-65
• 5.4.7 炮孔封堵65-66
• 5.5 相似模拟试验的过程66-69
• 5.5.1 应变砖的制作66
• 5.5.2 相似材料的填充及监测系统的布置66-67
• 5.5.3 炸药的装填67-69
• 5.6 相似模拟试验的结果与分析69-78
• 5.6.1 单爆破孔爆破效果分析69-72
• 5.6.2 爆破孔控制孔同时存在时爆破效果分析72-75
• 5.6.3 两爆破孔爆破效果分析75-78
• 5.7 本章小结78-82
• 6 结论与展望82-84
• 6.1 主要结论82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-90
• 作者简介及读研期间主要科研成果90

【参考文献】

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本文编号：346244