气爆低渗透煤层增透规律数值模拟研究

发布时间：2019-10-30 01:49

【摘要】：抽采煤层瓦斯是保证高瓦斯煤矿安全、高效生产的有效措施。我国煤层普遍渗透性差,尽管目前大多采用水力压裂、开采解放层等卸压增透技术,但瓦斯抽采率仍然普遍偏低。随着开采深度的增加,煤层渗透性变差,煤层瓦斯抽采更为困难。不同于炸药爆破的气爆新技术是提高煤层渗透性的一种安全、高效的物理爆破法,研究气爆低渗透煤层裂隙扩展规律及增透规律至关重要。本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法,首先,分析了低渗透煤层储层特征及瓦斯运移机理。基于气爆实验,揭示了气爆低渗透煤层增透机理。其次,建立了包含煤体变形场方程、流体动力学方程和冲击波方程的气爆力学模型。根据气体射流理论,创新性确定了气爆作用下煤壁所受到的压力,并修正JWL状态方程参数,建立了不同于炸药化学爆破的气爆冲击压力确定方法,实现了对低渗透煤层进行物理爆破的目的。最后,采用光滑粒子流体动力学(SPH)计算方法对气爆低渗透煤层进行不同爆孔深度、爆孔直径、爆孔间距条件下数值模拟,得出了不同计算条件下煤层受高压气体冲击后的损伤破坏规律、应力分布、冲击波压力作用下煤体产生压力变化规律以及气爆低渗透煤层增透规律。高压气体在煤体内瞬间释放,产生的压力远大于煤体所能承受的动态抗压强度,煤体被破坏,形成爆破空腔。爆孔周围1.0-1.5m范围内的介质被强烈压缩、粉碎,形成压碎区。靠近压碎区的介质产生径向压缩和切向拉伸,当切向拉伸应力超过介质的抗拉强度时会产生径向裂隙,并随应力波向前传播而扩展。随着应力波的传播,高压气体紧随其后并迅速膨胀,进入由应力波产生的径向裂隙中,使其继续扩展,在煤体内形成裂隙区和震动区。爆孔深度的减小与爆孔直径的增加均可增大压碎区及裂隙区范围。双孔爆破时,合理的孔间距对爆破效果有着直接的影响。研究结果为工程爆破中确定合理的爆破方案提供理论依据。
【图文】：

图２．１煤的原生裂隙示意图逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｍａｒｙ邋ｃｒａｃｋ邋ｏｆ邋化ｅ邋ｃｏａｌ逡逑形成之后，受构造应力的作用而产生。构造，有明显的方向，延伸较长，，与煤层的层理

图２．２煤体中瓦斯的赋存状态逡逑
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6

【参考文献】

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本文编号：2553700