煤岩爆注一体化工艺的力学机理分析
发布时间：2021-10-29 20:50
由于煤炭在我国的能源主导地位保持不变,防止瓦斯突出、减少煤矿事故,实现煤矿的安全开采一直是我们共同追求的目标。本文针对一种新型的开采工艺——爆注一体化工艺的力学机理进行了研究。爆注一体化工艺的特征在于将传统的注水工艺和松动爆破工艺相结合,同孔注水爆破。这类工艺对于埋深大、透气性差的煤层来说,相比传统爆破工艺,其在爆破发生后可以缓冲爆破初始压力,提高能量利用率,更好地促进煤层中的裂隙发育,进而大大增加煤层中的裂隙通道,提高煤层透气性,增加瓦斯抽采量。注水有助于润湿煤体,有效隔绝易爆气体与火源,杜绝爆炸事故的发生,降低煤与瓦斯突出的危险,并起到良好的降尘效果。本文在煤岩体微观结构观测及渗透率实验基础上研究了注水带给煤岩孔隙和裂隙的变化,分析了注水爆破后瓦斯抽采量提高的原因;结合理论分析和数值模拟对爆注一体化中不同工艺条件下单孔爆破的力学机理进行了深入研究,进而针对最佳的工艺条件来对工程实际中多孔爆破的孔间距选取提出解决思路与方法,主要工作如下:通过核磁共振实验、渗透率实验研究了注水带给煤岩孔隙和裂隙的变化,结果表明:含水率的升高会增大煤岩体孔隙体积和孔隙总面积,且对大孔和裂隙的影响更为明显...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
事故起数及死亡人数占总事故起数及总死亡人数比例示意图
1绪论3不能形成，杜绝了爆炸事故的发生；同时增大了煤体中的孔裂隙，并使爆破范围内的煤体被充分湿润，极大程度减少了粉尘的污染。本文在煤岩体微观结构观测及渗透率实验基础上研究了注水带给煤岩孔隙和裂隙的变化，分析了注水爆破后瓦斯抽采量提高的原因；结合理论分析和数值模拟对爆注一体化中不同工艺条件下单孔爆破的力学机理进行了深入研究，进而针对最佳的工艺条件来对工程实际中多孔爆破的孔间距选取进行研究，这对低透气性高突出风险的煤层瓦斯抽采提供了理论基础，期望研究成果可以为工程实际提供参考和技术优化的思路。1.2国内外研究现状1.2.1爆注一体化工艺研究在爆注一体化的研究中，杨威等[9]提出了一种基于强弱强结构爆注一体化区域防突方法；此外爆注一体化工艺目前在工程中已有了一定的运用，平煤十矿[10]和平煤六矿[11]均采用此方法进行了工程试验。该工艺采用爆注一体化装置，简要步骤如下：首先在突出煤层上进行钻孔，然后将炸药以正向一字型的方式装入水爆专用药仓，系上装药仓内的连接套管里的安全索，使用送药器把装药仓送入钻孔底部后采用爆注一体化封孔器进行封孔；最后按照设计水压注水后进行爆破，实现工作面煤体卸压、瓦斯治理和煤尘治理的综合目的[11]。爆注一体化装置主要包括一字水爆专用药仓、爆注一体化封孔器、送药器等部分，具体结构如图1.2和图1.3所示。图1.2爆注一体化装置示意图[10]
1绪论4图1.3爆注一体化封孔器装置结构示意图[11]李延河[11]表明采用爆注一体化技术后，有以下几个方面发生了改变：（1）煤岩的裂隙率得到了很大的提升，具体体现在实行爆注一体化的区域煤层含水率比之前提高了1.1%~1.3%；（2）呼吸性粉尘相比于未注水和普通注水分别降低了40%和22%，全尘降低率分别为41%和20%；（3）实施爆注一体化技术后正常回采期间，上隅角瓦斯浓度比未实施降低了0.21%；（4）煤岩体应力也发生了改变，实施爆注一体化技术后超前支撑应力峰值由煤墙前方10~12m变为13~15m，增加了工作面安全屏障；（5）在正常回采期间，煤壁片帮率由36%降低到12%。由此可知，爆注一体化技术可增大煤岩裂隙率，降低粉尘量，降低瓦斯浓度，降低煤岩体的应力，并有效降低煤壁片帮。朱同功[10]，吕泽[12]表明采用爆注一体化区域瓦斯防治技术后，煤岩的应力峰值由12~15m前移到17~19.5m，增加了工作面安全屏障；平均瓦斯量增幅为323.38%，瓦斯抽采效果显著；实施爆注一体化技术后，正常回采期间平均瓦斯浓度由0.58%降至0.22%左右；煤岩体中含水率有了较大的提升，爆破注水区域较原始区域煤层含水率由1.26%~1.45%提升至2.35%~2.75%；落煤期间呼吸性粉尘浓度由15.33mg/m降低至10.43mg/m，全尘浓度由24.43mg/m降低至15.93mg/m。以上研究均体现了爆注一体化工艺在现场试验中取得的成效，但是在理论层面的研究尚未成熟，因此本文通过对煤岩体微观结构观测，采用数值模拟方法研究不同工况下单孔、双孔的爆破过程，来对此工艺的力学机理进行深入的研究，从而完善爆注一体化理论，为后续的研究与优化提供思路和方法。1.2.2煤岩注水对煤体微观特性影响研究煤层注水技术是煤矿开采中常会用到的方法。例如，煤层注水技术可以使水进入煤的裂隙和孔隙结构，
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同煤级煤液相侵入效应低场核磁共振实验研究[J]. 刘谦,黄建滨,倪冠华,郭玉森,仲涛. 煤炭学报. 2020(03)
[2]煤矿采矿新技术与开采方法的探讨[J]. 丰建刚. 当代化工研究. 2020(02)
[3]我国煤矿生产事故统计及安全生产措施[J]. 纵瑞利,吴威威,刘方远. 煤炭技术. 2020(01)
[4]浅析煤矿采煤方法和采煤技术的选择路径[J]. 杨智慧. 当代化工研究. 2019(16)
[5]煤矿采煤技术与方法的选择[J]. 严永平. 石化技术. 2019(11)
[6]爆注一体化技术在综采工作面煤尘与瓦斯治理中的应用[J]. 李延河. 中国煤炭. 2019(10)
[7]注水煤体有效渗流通道结构分形特征核磁共振试验研究[J]. 杨赫,程卫民,刘震,王文玉,赵大伟,王文迪. 岩土力学. 2020(04)
[8]深井、低透煤层爆注一体化技术研究与应用[J]. 吕泽,孙亮. 能源与环保. 2019(07)
[9]JWL状态方程及其等效多方状态方程在内爆炸计算中的应用分析[J]. 徐维铮,吴卫国. 中国舰船研究. 2019(03)
[10]基于ANSYS/LS-DYNA的聚能结构两侧空孔合理半径数值模拟[J]. 张旭进,张昌锁,曾杰. 煤炭技术. 2019(05)
博士论文
[1]突出危险煤层区域应力场CT探测及多参量集成预警技术研究[D]. 王安虎.北京科技大学 2020
[2]煤层冲击倾向性对冲击地压的影响机制研究[D]. 王文婕.中国矿业大学（北京） 2013
硕士论文
[1]爆炸荷载作用下岩体裂纹扩展特性研究[D]. 王泽军.北京交通大学 2019
[2]不同耦合系数及孔间距对煤层爆生裂隙扩展影响的试验研究[D]. 李汉坤.安徽理工大学 2018
[3]爆炸应力波在节理岩体中传播规律的数值模拟研究[D]. 边俊城.西安建筑科技大学 2018
[4]本煤层水力压裂及增透范围研究[D]. 赵源.重庆大学 2015
本文编号：3465373
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
事故起数及死亡人数占总事故起数及总死亡人数比例示意图
1绪论3不能形成，杜绝了爆炸事故的发生；同时增大了煤体中的孔裂隙，并使爆破范围内的煤体被充分湿润，极大程度减少了粉尘的污染。本文在煤岩体微观结构观测及渗透率实验基础上研究了注水带给煤岩孔隙和裂隙的变化，分析了注水爆破后瓦斯抽采量提高的原因；结合理论分析和数值模拟对爆注一体化中不同工艺条件下单孔爆破的力学机理进行了深入研究，进而针对最佳的工艺条件来对工程实际中多孔爆破的孔间距选取进行研究，这对低透气性高突出风险的煤层瓦斯抽采提供了理论基础，期望研究成果可以为工程实际提供参考和技术优化的思路。1.2国内外研究现状1.2.1爆注一体化工艺研究在爆注一体化的研究中，杨威等[9]提出了一种基于强弱强结构爆注一体化区域防突方法；此外爆注一体化工艺目前在工程中已有了一定的运用，平煤十矿[10]和平煤六矿[11]均采用此方法进行了工程试验。该工艺采用爆注一体化装置，简要步骤如下：首先在突出煤层上进行钻孔，然后将炸药以正向一字型的方式装入水爆专用药仓，系上装药仓内的连接套管里的安全索，使用送药器把装药仓送入钻孔底部后采用爆注一体化封孔器进行封孔；最后按照设计水压注水后进行爆破，实现工作面煤体卸压、瓦斯治理和煤尘治理的综合目的[11]。爆注一体化装置主要包括一字水爆专用药仓、爆注一体化封孔器、送药器等部分，具体结构如图1.2和图1.3所示。图1.2爆注一体化装置示意图[10]
1绪论4图1.3爆注一体化封孔器装置结构示意图[11]李延河[11]表明采用爆注一体化技术后，有以下几个方面发生了改变：（1）煤岩的裂隙率得到了很大的提升，具体体现在实行爆注一体化的区域煤层含水率比之前提高了1.1%~1.3%；（2）呼吸性粉尘相比于未注水和普通注水分别降低了40%和22%，全尘降低率分别为41%和20%；（3）实施爆注一体化技术后正常回采期间，上隅角瓦斯浓度比未实施降低了0.21%；（4）煤岩体应力也发生了改变，实施爆注一体化技术后超前支撑应力峰值由煤墙前方10~12m变为13~15m，增加了工作面安全屏障；（5）在正常回采期间，煤壁片帮率由36%降低到12%。由此可知，爆注一体化技术可增大煤岩裂隙率，降低粉尘量，降低瓦斯浓度，降低煤岩体的应力，并有效降低煤壁片帮。朱同功[10]，吕泽[12]表明采用爆注一体化区域瓦斯防治技术后，煤岩的应力峰值由12~15m前移到17~19.5m，增加了工作面安全屏障；平均瓦斯量增幅为323.38%，瓦斯抽采效果显著；实施爆注一体化技术后，正常回采期间平均瓦斯浓度由0.58%降至0.22%左右；煤岩体中含水率有了较大的提升，爆破注水区域较原始区域煤层含水率由1.26%~1.45%提升至2.35%~2.75%；落煤期间呼吸性粉尘浓度由15.33mg/m降低至10.43mg/m，全尘浓度由24.43mg/m降低至15.93mg/m。以上研究均体现了爆注一体化工艺在现场试验中取得的成效，但是在理论层面的研究尚未成熟，因此本文通过对煤岩体微观结构观测，采用数值模拟方法研究不同工况下单孔、双孔的爆破过程，来对此工艺的力学机理进行深入的研究，从而完善爆注一体化理论，为后续的研究与优化提供思路和方法。1.2.2煤岩注水对煤体微观特性影响研究煤层注水技术是煤矿开采中常会用到的方法。例如，煤层注水技术可以使水进入煤的裂隙和孔隙结构，
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同煤级煤液相侵入效应低场核磁共振实验研究[J]. 刘谦,黄建滨,倪冠华,郭玉森,仲涛. 煤炭学报. 2020(03)
[2]煤矿采矿新技术与开采方法的探讨[J]. 丰建刚. 当代化工研究. 2020(02)
[3]我国煤矿生产事故统计及安全生产措施[J]. 纵瑞利,吴威威,刘方远. 煤炭技术. 2020(01)
[4]浅析煤矿采煤方法和采煤技术的选择路径[J]. 杨智慧. 当代化工研究. 2019(16)
[5]煤矿采煤技术与方法的选择[J]. 严永平. 石化技术. 2019(11)
[6]爆注一体化技术在综采工作面煤尘与瓦斯治理中的应用[J]. 李延河. 中国煤炭. 2019(10)
[7]注水煤体有效渗流通道结构分形特征核磁共振试验研究[J]. 杨赫,程卫民,刘震,王文玉,赵大伟,王文迪. 岩土力学. 2020(04)
[8]深井、低透煤层爆注一体化技术研究与应用[J]. 吕泽,孙亮. 能源与环保. 2019(07)
[9]JWL状态方程及其等效多方状态方程在内爆炸计算中的应用分析[J]. 徐维铮,吴卫国. 中国舰船研究. 2019(03)
[10]基于ANSYS/LS-DYNA的聚能结构两侧空孔合理半径数值模拟[J]. 张旭进,张昌锁,曾杰. 煤炭技术. 2019(05)
博士论文
[1]突出危险煤层区域应力场CT探测及多参量集成预警技术研究[D]. 王安虎.北京科技大学 2020
[2]煤层冲击倾向性对冲击地压的影响机制研究[D]. 王文婕.中国矿业大学（北京） 2013
硕士论文
[1]爆炸荷载作用下岩体裂纹扩展特性研究[D]. 王泽军.北京交通大学 2019
[2]不同耦合系数及孔间距对煤层爆生裂隙扩展影响的试验研究[D]. 李汉坤.安徽理工大学 2018
[3]爆炸应力波在节理岩体中传播规律的数值模拟研究[D]. 边俊城.西安建筑科技大学 2018
[4]本煤层水力压裂及增透范围研究[D]. 赵源.重庆大学 2015
本文编号：3465373
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