【摘 要】
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CO2爆破作为一种新型的煤层增透技术,因其操作简便、安全高效等优点,常应用于低透气性煤层压裂造缝。本文以实验室实验、理论分析、数值模拟和现场应用结合的研究方法,对CO2爆破增透机理及煤层孔网布置进行了系统分析。通过自制的爆破实验装置来探究液态CO2爆破系统的压力响应特性,获取了爆破管内CO2的压力与时间关系曲线,基于热力学和气体动力学理论对压力时程曲线变化规律进行了分析,并以此建立了气动冲击模型。
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CO2爆破作为一种新型的煤层增透技术,因其操作简便、安全高效等优点,常应用于低透气性煤层压裂造缝。本文以实验室实验、理论分析、数值模拟和现场应用结合的研究方法,对CO2爆破增透机理及煤层孔网布置进行了系统分析。通过自制的爆破实验装置来探究液态CO2爆破系统的压力响应特性,获取了爆破管内CO2的压力与时间关系曲线,基于热力学和气体动力学理论对压力时程曲线变化规律进行了分析,并以此建立了气动冲击模型。利用分离式霍普金森压杆（SHPB）动载实验系统,对新元矿煤样进行了不同速率下的冲击实验。通过得到的不同速率下的动态应力-应变曲线建立了动态损伤本构模型。基于动态损伤本构模型,借助于ANSYS平台,采用APDL语言编写了CO2爆破煤体损伤破坏的计算程序,引入CO2爆破的压力时程曲线,实现了不同爆破方案下的损伤演化数值模拟。模拟结果表明:双孔爆破的裂隙卸压区半径大于单孔爆破方案。而实施了造穴孔爆破方案的裂隙卸压区半径明显大于单孔、双孔爆破方案。通过对新元矿煤层爆破增透抽采效果的观测,验证了数值模拟的结论。说明爆破增透的机理是裂隙区静水压力卸压,增加爆破孔和实施造穴孔能够明显改善爆破增透效果。
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