深孔预裂爆破增透技术在正行矿煤巷掘进中的应用研究

发布时间：2017-05-10 17:16

  本文关键词：深孔预裂爆破增透技术在正行矿煤巷掘进中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近十年来,矿井瓦斯事故频发,其威胁性居于矿井各类灾害之首。瓦斯灾害之所以愈演愈烈,是因为采煤技术和设备的发展导致的开采深度迅速增加,千米以上矿井在我国已比比皆是了。采深增加带来了地应力和瓦斯压力的增大,以及透气性系数的降低,导致矿井发生煤与瓦斯突出等瓦斯事故的可能性大大增加,瓦斯事故的破坏性是巨大的,矿井的煤炭资源和人生安全都会受到严重威胁。因此,如何增加煤层透气性、消除煤层突出危险性成为我们亟待解决的问题。 本文通过理论探讨、数值模拟并结合工程试验的方法,对深孔预裂爆破卸压增透技术在强突出低透气煤层中的应用进行了系统分析研究,阐述了低透气性煤层的煤体微观结构特点,爆轰波、爆生气体以及控制孔在爆破中所起的作用,并结合模拟和现场,得出了如下结论： 1.多孔介质煤的孔隙裂隙结构的发育程度,以及其孔隙性、渗透性等特性与煤体的透气能力是息息相关的,多种因素都会影响到煤的孔隙性；深孔预裂爆破会对一定范围内煤体产生破坏,对煤体微观结构,尤其是小孔和中孔的孔隙结构产生影响,增加煤体的比表面积和渗透孔体积,使得裂隙大量发育,从而提高煤体透气性系数。 2.炸药在煤体中爆破后,产生的应力波作用于煤体,产生径向压缩应力和切向拉伸应力,使煤体产生裂隙；其次,控制孔处形成的反射拉伸波进一步增加裂隙区范围；最后,高温、高压爆生气体与煤层瓦斯压力共同作用于空腔壁已张开的裂隙中,并在裂隙尖端产生应力集中,使裂隙进一步扩展,最终形成了裂隙圈及次生裂隙圈在内的错综复杂的裂隙网。 3.根据正行矿15号煤轨道下山煤巷掘进的情况,利用三维动力有限元程序LS-DYNA3D建立了符合实际条件的数值计算模型；通过对单爆破孔、单爆破孔与双控制孔(孔间距分别为1.5m和3.5m)模型的应力云图、裂隙图的数值模拟,再现了应力波在煤体中的传播衰减规律,煤体裂隙扩展变化过程,并说明了控制孔提供了辅助自由面,引导裂纹扩展的作用；当孔间距为1.5-3m时,形成贯通裂纹效果好,可提高煤层透气性与瓦斯抽采效果。 4.从15煤轨道下山处煤层爆破的试验结果来看,深孔预裂爆破卸压增透效果明显,煤层透气性系数成倍提高,钻孔瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度也有明显增大,煤层瓦斯压力和瓦斯含量下降,说明该技术对高突低透煤层卸压消突的积极作用,为今后类似情况的消突工作提供了指导。
【关键词】：深孔预裂爆破 煤层微观孔隙结构 数值模拟 卸压增透 爆破裂隙
【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5-7
• Abstract7-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 研究背景14
• 1.2 我国煤炭开采深度和现状14-15
• 1.3 深孔预裂爆破技术应用前景15-16
• 1.4 深孔预裂爆破研究现状16-18
• 1.5 论文研究主要内容和方法18-20
• 2 低透气煤层微观孔隙的理论研究20-30
• 2.1 多孔介质基本特征20-22
• 2.2 低渗透煤层孔隙裂隙结构22-25
• 2.2.1 煤的孔隙结构22-24
• 2.2.2 煤的裂隙结构24-25
• 2.3 煤孔隙性的影响因素25-26
• 2.4 低渗透煤层的渗透特性26-29
• 2.4.1 煤层渗透性的分类标准26-28
• 2.4.2 低渗透煤层的渗透特性28-29
• 2.5 深孔控制预裂爆破对煤体微观结构的影响29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 深孔预裂爆破强化增透机理研究30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 深孔预裂爆破作用分析30-36
• 3.2.1 炸药爆轰时能量分析30-31
• 3.2.2 爆炸应力波作用分析31-32
• 3.2.3 爆生气体与瓦斯气体作用分析32-33
• 3.2.4 贯穿裂隙形成条件33-35
• 3.2.5 控制孔作用机理分析35-36
• 3.3 深孔预裂爆破裂隙区形成过程分析36-41
• 3.3.1 压碎圈生成及范围37-40
• 3.3.2 裂隙圈形成及范围40-41
• 3.4 深孔预裂爆破卸压消突机理分析41
• 3.5 本章小节41-42
• 4 深孔预裂爆破数值模拟分析42-62
• 4.1 LS-DYNA软件介绍42
• 4.2 理论基础42-48
• 4.3 数值计算模型的建立48-53
• 4.3.1 数值模型设计原则48
• 4.3.2 数值模型的建立48-52
• 4.3.3 材料模型选取和参数确定52-53
• 4.4 模拟计算结果分析53-61
• 4.4.1 单个爆破孔的应力云图与裂隙图分析53-56
• 4.4.2 单爆破孔和双控制孔(孔间距1.5m)的应力云图与裂隙图分析56-58
• 4.4.3 单爆破孔和双控制孔(孔间距3.5m)的应力云图与裂隙图分析58-61
• 4.5 本章小结61-62
• 5 深孔预裂爆破卸压增透工程试验62-73
• 5.1 正行矿基本概况62-63
• 5.1.1 地质、水文条件概况62-63
• 5.1.2 Ⅱ段轨道大巷概况63
• 5.1.3 瓦斯、煤层、煤自燃情况63
• 5.2 深孔预裂爆破增透试验方案63-68
• 5.2.1 钻孔设计63-65
• 5.2.2 爆破工艺流程65-68
• 5.3 钻孔抽采瓦斯68-69
• 5.4 爆破效果考察与分析69-71
• 5.5 本章小结71-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79

【参考文献】

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本文编号：355212