液态二氧化碳相变爆破是一种运用物理爆破来对低透气性煤层进行增透的方法,具备安全环保、操作简单、适用范围广的特点。通过对井下进行相变爆破,煤体透气性大幅度提高,瓦斯得到释放,工作面突出可能性降低。同时,二氧化碳对瓦斯的驱替作用,可以有效提高瓦斯抽采水平。本文采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法,对液态二氧化碳爆破能量、爆破裂纹扩展机理、爆破裂纹扩展规律以及煤层深孔相变爆破增透效果等进行了系统的研究,主要取得以下研究成果:(1)结合二氧化碳的相态特性,分析了相变爆破过程的能量变化,利用R-K-S气体状态方程计算了高压气体的膨胀功与相变爆破设备的爆炸能量。(2)结合爆破理论与断裂力学,分析了液态二氧化碳相变爆破裂纹扩展机理,计算了高压二氧化碳冲击形成的应力波造成的粉碎区、裂隙区范围,根据宏观裂纹的有效应力强度因子,研究了高压二氧化碳作用下裂纹动态扩展机理。在准静态应力场分析的基础上,研究了高压气体作用下中远区裂纹二次扩展的形成条件。(3)基于SPH计算方法,建立了煤体气爆损伤模型,模拟了单孔液态二氧化碳相变爆破的爆破过程,研究了煤体气爆破坏机理,确定了相变爆破的爆破半径,得到了爆破过程钻孔周围粉碎区形成、径向裂纹萌生与扩展规律。(4)利用SPH算法建立煤体气爆数值模型,研究了孔间相互作用爆破裂纹的形成与扩展规律。结合理论计算与数值模拟,得到了双孔爆破合理孔间距。通过研究控制孔对裂纹的导向作用机理和模拟有控制孔作用的双孔爆破,分析了控制孔对裂纹扩展规律的影响。根据对不同布孔方式下裂纹扩展规律的分析,梅花形布孔爆破能量分布均匀,降低了爆破能量的重复利用率,减弱了应力集中作用,使得钻孔周围的裂纹能够充分发展,可以取得较好的爆破效果。(5)通过在龙凤煤矿进行煤层深孔相变爆破增透试验,试验表明,液态二氧化碳爆破具有安全高效、操作简单、无污染,且煤层增透效果显著等特点。通过示踪法和钻孔窥视法对相变爆破半径进行考察,确定装液量1.8kg的MZL-51/2000型相变爆破设备的爆破半径在3m左右。经相变爆破后,瓦斯抽采浓度增加1.5-3倍,达到了增加煤层透气性的目的。