告成煤矿水力冲孔与爆破增透联合增透技术研究

摘要

本文针对告成煤矿煤层透气性差、煤质松软、瓦斯难以抽采等问题，采用理论分析、相似模拟试验、现场工业化试验相结合的研究方法，借助动态应变仪、网络并行电法仪等先进设备，系统研究了水力冲孔与爆破增透结合的煤层增透机理，并对技术工艺参数进行了优化。具体研究内容如下:
　　首先，对冲爆联合区域性卸压增透机理进行了深入分析。分析了爆破能量、应力波、爆生气体以及控制孔在裂隙扩展过程中起到的作用，研究发现爆炸能量以应力波与高温高压的爆生气体向外释放，当应力波传播到控制孔表面，发生反向拉伸，使裂隙区进一步发展;爆生气体楔入应力波作用产生的裂隙中，促进了裂隙的扩展。
　　其次，开展了冲爆联合区域性卸压增透相似模拟实验，获得了应力波的传播规律及区域性煤层损伤特征。依据相似理论和相似准则，确定了煤岩体模拟材料及配比;依据相似理论、断裂力学及告成煤矿地质数据等设计相似模拟试验方案;试验结果表明:控制孔对裂隙发育具有明显的导向作用，控制孔的存在提供了煤体爆破产生压碎区和裂隙区所需的空间，同时能够消除应力集中;动态应变仪采集的数据表明，应力波在煤体中产生明显的反复拉伸作用，且此作用在离爆破孔越近的地方越明显;通过电法仪采集数据可得，电法仪是一种可以直观、清晰观察煤层裂隙的新方法，具有实际应用价值。
　　最后，开展了冲爆联合区域性增透现场工业化试验。实测数据表明，冲爆联合区域性增透的影响半径可达15m，抽采孔瓦斯抽采浓度与抽采纯流量在48小时以内保持较高水平;将爆破孔接入抽采管路进行瓦斯抽采，结果表明相对于抽采孔，爆破孔有更高的瓦斯抽采浓度，抽采效果优于抽采孔。
　　冲爆联合区域性卸压增透技术在低透气性松软煤层中能够起到较好的增透效果，使瓦斯抽采效率大幅度提升。研究成果对于国内同类煤层，尤其是高瓦斯、低透气性松软煤层，具有较高的推广价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤层卸压增透技术研究现状

1．2．2 深孔预裂爆破增透研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 冲爆联合增透机理研究

2．1 爆破能量分析

2．2 爆炸应力波作用机理分析

2．3 爆生气体作用机理

2．4 控制孔作用机理

2．5 本章小结

3 相似模拟试验方案

3．1 相似模拟试验目的

3．2 相似模拟试验材料配比

3．2．1 试验的相似准则和载荷计算

3．2．2 相似材料配比

3．2．3 材料参数测试

3．3 相似模拟试验设计和制作

3．3．1 试验设计

3．3．2 试验所需配件制作

3．3．3 箱体搭建

3．3．4 模块制作

3．4．5 试验装药

3．4 模型监测设备

3．4．1 动态应变仪分析系统

3．4．2 网络并行电法响应分析系统

3．5 本章小结

4 结果分析与讨论

4．1 煤层破坏规律分析

4．1．1 底板、煤层裂隙对比分析

4．1．2 爆破孔、控制孔形态分析

4．1．3 煤层爆生裂隙分析

4，2底板破坏规律分析

4．3 应变测试分析

4．4 电法响应分析

4．5 本章小结

5 冲爆联合区域性增透现场试验研究

5．1 试验地点概况

5．2 爆破方案及参数设计

5．3 现场效果分析

5．3．1 记流器抽采数据效果分析

5．3．2 爆破孔抽采数据效果分析

5．3．3 抽采孔抽采数据效果分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果