顾南矿揭C13-1煤层深孔预裂爆破卸压增透技术研究

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本文针对顾南矿C13-1煤层透气性差、瓦斯难以抽采等问题开展深孔预裂爆破增透技术的研究,并从理论分析、相似模拟试验和数值模拟三个方面入手,确定适合其工作面的钻孔布置及爆破参数的最优方案。并根据淮南矿业顾南煤矿揭C13-1煤层实测数据,对深孔预裂爆破卸压增透技术在低透气性高瓦斯突出煤层中的适用性进行了系统研究。首先,本文在总结国内外研究现状的基础上,理论分析了深孔预裂爆破卸压增透机理,并分别分析了爆炸冲击波与应力波、控制孔、爆生气体和瓦斯压力在煤体爆破裂纹扩展过程中不同阶段的作用。结论表明:冲击波是形成粉碎区的主要原因,应力波的作用时间和作用范围较大,是煤岩破坏的主要区域;应力波在控制孔处反射形成的拉伸波可增加裂隙区的范围;爆生气体与煤层压力在裂隙尖端产生的应力集中可进一步促进裂纹的扩展;得出粉碎区和裂隙区半径的理论计算公式。其次,依据相似理论、断裂力学及顾南矿地质数据等设计相似模拟试验方案,确定了煤岩体模拟材料及配比。试验结果表明:应力波的波形由压缩相和拉伸相共同组成,且压缩相和拉伸相的波峰随着传播距离的增大而逐渐减小;深孔预裂爆破的有效松动半径为3-4.5m。最后,结合淮南矿业顾南矿C13-1煤层现场情况建立不同孔间距数值计算模型,将数值模型嵌入LS-DYNA软件中进行计算。数值模拟结果表明:控制孔提供了辅助自由面,可进一步促进煤体裂纹的扩展;当孔间距为3-4.5m时,可形成贯通裂纹,提高煤层透气性与瓦斯抽采效果。根据淮面矿业顾桥煤矿揭C13-1煤层深孔预裂爆破的实测数据,确定深孔预裂爆破有效松动半径可到达4.5m,与理论分析、相似模拟试验和数值模拟结果的相一致。在有效松动半径内瓦斯抽采浓度可提高0.267~1.08倍,瓦斯抽采纯量提高0.25~1.23倍。表明深孔预裂爆破为低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽采提供了一种可靠的方法。
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