二氧化碳相变预裂增透爆破参数优化研究

为了得到兴县矿区CO_2致裂爆破提高煤层瓦斯透气性系数的钻孔最优布置参数,依据物理爆破原理,推导出了二氧化碳致裂器爆破时产生裂隙圈半径的计算公式;并通过FLAC~(3D)数值模拟软件进行模拟,得出:爆破孔间距是7 m、爆破器间距是5 m时,液态CO_2致裂爆破可实现最佳的增透效果,当爆破孔间距越大时,透气性系数提高幅度越大,煤层增透效果越显著,抽采效率越高。     

基于液态CO_2相变致裂增透技术的煤层瓦斯治理

为增加低渗透高瓦斯煤层透气性,提高瓦斯抽采效率和利用率,减少瓦斯抽采周期,以FLAC~(3D)有限差分软件作为数值模拟求解工具,建立了液态CO_2相变气爆致裂增透的二维平面应变数值分析。通过对不同瓦斯压力对煤体致裂增透效应的模拟结果进行对比分析,得出一套适用于马堡煤矿瓦斯抽采的爆破方案,并在马堡煤矿152胶带下山进行了CO_2预裂爆破工业性实验。实验表明:经液态CO_2相变气爆后单孔瓦斯抽采浓度能达到普通钻孔抽采浓度的2～3倍。该技术的使用可以使煤体裂隙发育程度得到有效提高,改善瓦斯抽采效果,应用前景良好。     

液态CO_2相变致裂增透强化抽采技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层效率低,提出CO_2相变致裂爆破增透技术来提高抽采效率。通过理论分析和FLAC3D数值模型研究分析液态CO_2相变致裂爆破煤层增透效果,并进行了现场试验。结果表明:当爆破参数为CO_2爆破器间距5m、爆破孔间距7.5m,此时多孔连续爆破煤层增透效果最好;爆破后煤体透气性距爆破孔由远及近的变化规律为非线性增加。18205材料巷实施液态CO_2相变致裂爆破增透技术后,透气性系数增大了16.89~20.97倍,平均瓦斯抽采混量和浓度分别提高43.1%和55.8%,保证了矿井安全生产和煤层气资源的有效利用。     

低透煤层CO_2气相致裂卸压增透技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层效率低,提出CO_2相变致裂爆破增透技术来提高抽采效率。通过理论分析和FLAC~(3D)数值模型研究分析液态CO_2相变致裂爆破煤层增透效果,并进行了现场试验,结果证明:当爆破参数为CO_2爆破器间距5 m、爆破孔间距7.5 m,此时多孔连续爆破煤层增透效果最好;爆破后煤体透气性距爆破孔由远及近的变化规律为非线性增加。1312材料巷实施液态CO_2相变致裂爆破增透技术后,透气性系数增大了16.89～20.97倍,平均瓦斯抽采混量和浓度分别提高43.1%和55.8%,保证了矿井安全生产和煤层气资源的有效利用。     

液态CO_2相变致裂增透技术在高瓦斯低透煤层的应用

针对平煤十三矿煤层的高瓦斯低透气性现状,为了提高矿井的瓦斯抽采量,采用了液态CO_2相变致裂技术进行强化抽采,试验研究了液态CO_2相变致裂技术在高瓦斯低透气性煤层中的增透机理和消突增透效果。通过对己15.17-11111运输巷底抽巷采取液态CO_2相变致裂技术,利用专门的液态CO_2相变致裂装置,在穿层钻孔中致裂爆破,可以使周围煤体产生裂隙,煤层透气性系数增大,试验结果表明:单孔瓦斯平均抽采体积分数是试验前的1.42倍,单孔瓦斯日平均抽采纯量是试验前的2.17倍,抽采衰减周期至少延长2倍以上,可有效提高煤层瓦斯预抽效果。     

液态CO_2相变致裂增透煤层机理与应用研究

液态CO_2相变致裂增透原理是利用加热药卷瞬间加热液态CO_2,受热后的液态CO_2击破定压泄能片,产生的高压空气和冲击波作用于煤岩体,对煤体产生拉伸破坏作用。液态CO_2相变属于物理爆炸过程,具有安全、可靠的特性。利用高压气体爆炸能量模型计算了液态CO_2相变TNT当量,结合爆破理论、损伤断裂力学理论分析了高压CO_2作用下煤体致裂过程。现场试验的结果表明,液态CO_2相变致裂可以提高钻孔抽采有效影响半径1.5倍,并在此基础上合理确定了布孔方式。     

深部采区低渗透性煤层CO_2致裂增透试验研究

为了提高深部采区低透气性煤层瓦斯抽采效果,通过对CO_2致裂增透的基本理论、致裂增透机理和工艺的研究,分析了CO_2致裂增透过程中致裂瞬间煤层裂隙产生原理及裂隙发展,提出了深部采区低透气性煤层CO_2致裂增透技术。以11403工作面回风巷为研究对象,进行了现场工业性试验。试验结果表明:CO_2致裂增透技术在深部采区低渗透性煤层增透作用明显,通过近3个月的抽采试验,该区域通过致裂后煤层透气性提高约8倍;瓦斯抽采浓度和百米瓦斯抽采量分别提高约4. 6倍和5倍;通过测试K1值数据可知K1值比致裂增透前有大幅度降低,抽采效果明显,为矿井深部采区安全高效开采提供了有力的保障。     

低透气性高瓦斯煤层CO2相变致裂强化增透技术

如何提高煤层透气性是低透气性高瓦斯矿井煤与瓦斯安全高效共采的关键.本文基于液态CO_2相变致裂工作原理,分析了爆破煤岩致裂与增透机理.结合陕西蒋家河煤矿ZF201工作面低透气性高瓦斯煤层地质生产条件,进行了爆破钻孔设计,确定了合理爆破有效影响半径等工艺参数.现场试验结果表明,采用液态CO_2爆破致裂增透技术后,提高瓦斯抽采纯量1.71倍,共抽采瓦斯105.4万m3,瓦斯抽采率提高到38.9%,促进了低透气性高瓦斯煤层工作面煤与瓦斯安全高效共采.     

CO_2爆破增透技术的试验研究

针对低透性高瓦斯煤层透气性差,瓦斯含量高,预抽采难度大、效率低等难题,研发出CO_2致裂器爆破增透技术,采用井下试验和数值模拟相结合的方法,研究发现:CO_2致裂器爆破煤层,会促使煤层产生大量裂隙,并使得原有裂隙得到扩展,从而达到提高煤层透气性的目的。     

斜沟煤矿18205工作面CO2致裂增透最优钻孔布置参数研究

为了得到斜沟煤矿18205工作面CO2致裂爆破钻孔最优布置参数,提高煤层瓦斯透气性系数,依据物理爆破原理,推导出了二氧化碳致裂器爆破时产生裂隙圈半径的计算公式;并通过FLAC^3D数值模拟软件进行模拟,得出:爆破孔间距为7 m、爆破器间距为5 m时,液态CO2致裂爆破可实现最佳的增透效果,当爆破孔间距越大时,透气性系数提高幅度越大,煤层增透效果越显著,抽采效率越高。     

液态CO_2相变致裂增透技术在低透气性煤层的应用

针对斜沟煤矿8#煤层透气性差、瓦斯抽采效率低的特点,通过理论分析及现场试验的方法,提出CO_2相变致裂增透技术;对比分析斜沟煤矿18205工作面爆破前后的瓦斯抽采参数,结果表明,实施CO_2相变致裂增透技术后,瓦斯抽采浓度和纯量均为实施前4倍以上,煤层透气性系数为实施前13.86倍,有效抽采影响半径为实施前3.75倍。液态CO_2致裂爆破技术有助于解决瓦斯抽采难题,保证了瓦斯抽采效果。     

肖家洼煤矿液态CO_2预裂增透技术试验研究

为了提高肖家洼煤矿的瓦斯抽采效果,提出采用液态CO_2致裂煤层增透技术对原始煤体进行预裂增透的方法。研究结果表明:肖家洼煤矿爆破孔的间距为4 m时,煤层的爆破效果最理想;煤体预裂后钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0. 026m~3/(min·hm),同比原始钻孔的百米钻孔瓦斯流量0. 013m~3/(min·hm)提高了2倍;致裂增透后钻孔的平均抽采量比致裂前钻孔抽采量提高了2. 4倍。     

煤体增透与抽采瓦斯的关系研究

基于了解煤体增透与抽采瓦斯的关系的目的,采用了液态二氧化碳致裂增透技术对煤体进行增透。对比分析了煤体增透前后抽采瓦斯的浓度和流量,得出了经过液态二氧化碳致裂增透以后的煤层平均抽采瓦斯浓度提高近3.5倍,平均抽采瓦斯流量提高3～5倍。研究结果表明:煤体增透能促使煤层裂隙发育,增加煤层透气性,提高瓦斯抽采率。     

CO_2致裂增透机理及影响因素模拟分析

分析了CO_2致裂增透机理,总结出CO_2致裂增透技术的优点,通过建立地应力与煤层裂隙扩展相互作用力学模型,推导出煤层裂隙与应力之间的关系公式。在此基础上,采用FLAC3D数值模拟软件模拟了地应力及煤体普氏系数对致裂半径的影响规律。数值模拟结果表明,垂直应力越大,裂隙扩展范围越小;煤体普氏系数越大,裂隙扩展范围越大。     

液态CO_2相变致裂增透预抽瓦斯技术试验研究

为增加煤层透气性,提高瓦斯抽采效率,基于岩石断裂力学建立了液态CO_2爆破裂纹扩展数学模型,运用COMSOL数值模拟软件,建立了液态CO_2相变瞬态致裂模型,分析了在爆生气压作用下孔周裂隙发育规律,得出爆破后孔周存在破碎区、裂隙区和震动区3个区。阐述了该技术的基本原理、相关设备及应用工艺,并在马堡煤业152运输下山进行了CO_2预裂爆破工业性实验。研究表明:爆破后单孔瓦斯日均抽采浓度是爆破前的1.37倍,单孔瓦斯日均抽采纯量是爆破前的2.95倍,钻孔瓦斯涌出衰减强度减小了82.8%。     

低渗砂岩型铀矿液态CO2相变致裂增透高效开采新模式

安全稳定的铀资源供应,对于保障国家安全、促进核工业健康可持续发展具有重要的意义。针对我国低渗透性砂岩型铀矿在地浸开采中渗透性低、浸出困难的技术难题,提出了低渗砂岩型铀矿液态CO2相 变致裂增透高效开采技术模式,即采用液态CO2相变致裂技术,在地浸采铀抽、注液孔之间产生大量的联通裂隙,提高低渗透铀矿的渗流能力。采用理论方法计算了液态CO2相变致裂影响半径,建立了液态CO2相变致裂 增透地浸开采流程,系统进行了低渗砂岩型铀矿液态CO2相变致裂增透高效开采技术特征研究。结果表明：低渗砂岩型铀矿液态CO2相变致裂增透技术影响半径为6.53 m,该技术能够实现三维应力条件下岩体致裂破坏 ,能够有效增加岩体损伤裂隙网络分布,具有破岩致裂增透、降低化学沉淀及经济可行性。研究结果为有效解决低渗透性造成的砂岩型铀矿地浸开采“难注、难采、低回收率”等难题提供了新途径。     

西山矿区煤层顺层孔CO_2爆破增透试验研究

为提高西山矿区煤层透气性,缩短瓦斯抽采达标时间,分析了煤层顺层孔CO_2预裂增透技术可行性,模拟了CO_2预裂增透半径。研究结果表明:CO_2爆生气体计算压力大于围岩作用下煤体强度,CO_2爆破煤层增透具备技术可行性;数值模拟显示,经过CO_2预裂爆破后,预裂效果最好的是屯兰矿2#煤,煤层裂隙半径4.20 m;其次是屯兰矿8#煤,煤层裂隙半径3.90 m;再次是马兰矿8#煤,煤层裂隙半径3.45 m;最后是东曲矿8#煤,煤层裂隙半径3.30 m.现场试验表明,东曲矿8#煤爆破孔间距按65 m布置,压裂区平均单孔抽采纯流量是未压裂区的32倍。     

松软低透煤层深孔微差聚能爆破致裂机理

针对松软低透煤层微差聚能爆破致裂增透问题,在分析微差聚能爆破作用过程及影响因素的基础上,利用流固耦合算法建立了微差聚能爆破数值模型,研究了煤体单元应力及裂隙发育特征,并通过煤层深孔微差聚能爆破现场试验探讨了微差聚能爆破致裂机理及对煤层增透的影响。结果表明:深孔微差聚能爆破的新自由面和应力波叠加效应是促进爆生裂隙扩展、衍生裂隙形成的关键因素,炮孔间煤体在短时间内经两次爆破作用使裂隙进一步发育和扩展。先爆炮孔为后爆炮孔提供了新的裂隙面,爆炸应力波经裂隙面绕射、反射并与入射波叠加,使裂隙面附近煤岩体处于拉伸应力状态并促进衍生裂隙的形成;后爆炮孔利用先爆炮孔形成的残余应力场使爆生裂隙密度增加,扩大了煤体致裂范围。微差时间与炮孔间距是影响爆生裂隙扩展特征的重要因素,在其他条件不变的情况下,两者共同作用决定了爆生裂隙的发育形态。当先爆炮孔产生的应力波在微差时间内传播距离小于炮孔间距时,爆炸应力波在两炮孔间煤体中相互叠加增强,随后在裂隙面之间发生反射形成拉伸应力波对煤岩体产生复杂的破坏作用,在原有爆生裂隙间形成新的裂隙。煤层实施深孔微差聚能爆破后增透效果显著,先爆炮孔附近煤体裂隙在后爆炮孔作用下进一步发育,炮孔间煤体裂隙随孔间距减小更易贯通。     

液态CO_2相变致裂影响有效抽采半径试验研究

为掌握液态CO_2相变致裂对有效抽采半径的影响规律,在确定有效抽采半径评价指标的基础上,采用分组试验方法对CO_2相变致裂前后的有效抽采半径进行了测定,得出了液态CO_2相变致裂对有效抽采半径的影响参数。研究结果表明:采用液态CO_2相变致裂技术对煤层进行爆破致裂后,瓦斯运移速率提高,使煤层瓦斯压力加速下降,在相同的抽采时间下,CO_2致裂后煤层的有效抽采半径较未致裂的煤层扩大约1 m。达到相同有效抽采半径1、2、3 m,CO_2致裂后的煤层所需预抽时间较未致裂的煤层分别缩短了15、29、47 d,瓦斯抽采效率平均提高43%。CO_2致裂前期对瓦斯抽采效率的提高作用明显,随着抽采时间的延长,致裂增透作用不断减弱直至消失,即CO_2相变致裂对提高煤层透气性存在一个极限影响范围。     

唐安煤矿液态CO2相变致裂强化增透试验研究

文章基于唐安煤矿3号煤层瓦斯赋存条件,介绍了液态CO_2相变致裂强化增透试验实践经验,对液态CO_2相变致裂效果进行了分析总结。相变致裂后,抽采孔瓦斯浓度平均和瓦斯纯量成倍提高,且衰减速度大幅度降低,效果显著。提出了优化施工参数布置的合理化建议。