二氧化碳致裂器泄能关键参数研究

为致裂器爆破能达到最佳的效果,开展了准静态强度测试、动态爆破致裂试验,分析了二氧化碳致裂器泄放压力与定压剪切片厚度、发热材料用量和液态二氧化碳充装量之间的关系,并得出了泄放压力模型;通过压力的计算分析和三维流体模拟,分析出泄能口的最优布置方式。试验结果表明:定压剪切片厚度为3 mm时,准静态抗剪强度为130 MPa,合理的发热材料用量为113 g,泄放压力峰值约为185 MPa;厚度为4 mm时,准静态抗剪强度为220 MPa,合理的发热材料用量为163 g,泄放压力峰值约为263 MPa;在保证整体刚度和使用寿命前提下,尽量减小泄能通道长度,增大孔直径,断面面积与定压剪切片破断面积相同,腔内壁光滑,泄能口倾角75°为宜。     

高压空气爆破煤层致裂增透工艺研究

为解决高压空气爆破技术在实施过程中爆破参数不准确、操作程序不规范的问题,采用理论研究与现场试验相结合的研究方法,对高压空气爆破致裂增透工艺进行了研究,得出了以钻孔孔径、爆破压力、爆破孔间距和爆破冲击次数为主的高压空气爆破参数,制定了选址、钻孔施工、系统组装、爆破筒置入、封孔、起爆等6步高压空气爆破致裂增透工艺,实现了爆破增透工艺的流程化、完整化和标准化。煤层高压空气爆破致裂增透工艺现场验证结果表明:高压空气爆破致裂增透工艺能够适用于井下操作,爆破压力选择50 MPa、爆破孔与抽采孔孔径选择94 mm、单孔爆破次数2~3次时,致裂效果明显,大幅增强了煤层的透气性,提高了煤层瓦斯的涌出量与抽采量,改善了煤层瓦斯抽采效果。     

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。     

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CO₂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。     

郭家河煤矿CO2深孔预裂爆破钻孔间距优选

二氧化碳致裂器致裂煤层增透技术是一种基于液态二氧化碳经气化膨胀做功的新型卸压增透技术，合理的爆破钻孔间距能够显著降低爆破成本。以郭家河煤矿1302工作面为例，采用现场试验方法，开展了不同钻孔间距(2.5，3，3.5，4 m)的试样研究。研究表明：钻孔间距越小爆破后瓦斯抽采纯量及浓度越高，当钻孔间距减小至3 m时，钻孔间距进一步减小，对瓦斯抽采效果影响较小，依据试验结果将该工作面爆破钻孔间距确定为3 m。     

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。     

高压二氧化碳爆破增透机理及试验研究

基于损伤力学,对高压二氧化碳爆破增透机理进行了分析研究。司马煤业有限公司井下试验结果显示,利用高压二氧化碳爆破技术进行煤层强化增透,可使钻孔瓦斯浓度提高1.12~5.68倍,爆破有效影响半径不低于5.9 m。数值模拟结果显示,致裂孔最佳间距为9m。二氧化碳致裂器具有安全、无污染、可控制等优点,应用前景良好。     

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。     

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。     

CO2相变爆破致裂增透裂纹扩展数值模拟研究

为探究CO2相变爆破致裂在不同孔间距中的扩展趋势以及在煤层气开采中的应用价值,在贵州省安顺宏发煤矿开展CO2相变爆破致裂试验,对比LS-DYNA裂纹扩展数值模拟结果.研究表明:现场试验中相同条件下,钻孔间距10 m CO2相变爆破致裂效果最佳,且经过CO2相变爆破增透致裂后,煤层的透气性系数可以达到原煤层的3倍左右.软...     

气相聚能压裂煤层的三维效应研究

液体二氧化碳相变气爆是一种点式气相聚能压裂技术,其对煤体致裂的三维效应是探究增透效果的重要判据。基于自主设计搭建的物理实验平台,实验研究得出了气爆压降的时空演化规律,气爆气体压力峰值与爆破口距离的空间关系呈二次抛物线形式,拟合关系式为y=0.04x~2-5.86x+227.6;气爆气体压力上升时间与爆破口距离的时间关系呈幂函数形式,拟合关系式为y=8.78x~(0.143 7)。数值模拟分析得出气相聚能压裂煤体的塑性区呈现以爆破孔轴向为长轴的近似椭圆体发育的分布规律;当气爆峰值压力为160 MPa和200 MPa时,2种工况对应的最大有效致裂半径分别为0.50 m和0.60 m,最大致裂半径增加约20%;致裂体积分别为0.50 m~3和0.95 m~3,致裂体积增加近1倍。     

气相聚能压裂煤层的三维效应研究北大核心

液体二氧化碳相变气爆是一种点式气相聚能压裂技术,其对煤体致裂的三维效应是探究增透效果的重要判据。基于自主设计搭建的物理实验平台,实验研究得出了气爆压降的时空演化规律,气爆气体压力峰值与爆破口距离的空间关系呈二次抛物线形式,拟合关系式为y=0.04x2-5.86x+227.6;气爆气体压力上升时间与爆破口距离的时间关系呈幂函数形式,拟合关系式为y=8.78x0.143 7。数值模拟分析得出气相聚能压裂煤体的塑性区呈现以爆破孔轴向为长轴的近似椭圆体发育的分布规律;当气爆峰值压力为160 MPa和200 MPa时,2种工况对应的最大有效致裂半径分别为0.50 m和0.60 m,最大致裂半径增加约20%;致裂体积分别为0.50 m3和0.95 m3,致裂体积增加近1倍。     

二氧化碳相变爆破致裂机理与应用研究进展

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备,统计比较不同方式相变爆破能量计算方式,相较于传统炸药爆破,相变爆破属于一种低能量致裂方式;通过分析二氧化碳相变射流传播特征,探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式,煤岩体在中等冲击作用下,受到拉应力破坏产生径向初始断裂,并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征,高压气体在多重裂隙中进一步扩展,驱动裂隙向外扩展,明确了相变爆破应力气体协同致裂过程;进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响,泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用,引发非对称损伤破坏,煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素,初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征;在相变爆破致裂工程应用方面,揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征,确定了高瓦斯煤层致裂增透效果,对比了预裂前后煤体截割特征,验证了...     

液态CO2相变爆破技术布孔参数优化研究

瓦斯抽采是防止瓦斯灾害最常用的技术手段之一,为了解决高瓦斯低渗透煤层抽采难、抽采效果不好的技术难题.采用液态CO2相变爆破增透技术,通过理论分析、数值模拟计算、工业试验,研究了液态CO2相变爆破增透技术致裂区裂纹扩展延伸规律,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件模拟分析了单孔爆破有效影响半径范围,研究了钻孔间距、致裂器间距及致裂器布置方式对致裂效果的影响,将模拟得到的抽采参数在三元煤矿1312采区进行瓦斯抽采试验,对比爆破前后的瓦斯涌出量及煤层透气性系数.研究结果表明:爆破后钻孔瓦斯涌出量衰减强度降低了77.3％,煤层透气性提高为原来的45倍.液态CO2爆破钻孔布置参数优化后,可使煤层增透效果更佳,从而提高瓦斯的抽采效率,在高瓦斯低渗透煤层卸压增透方面起到了积极作用.     

基于二氧化碳致裂增透技术的低透煤层瓦斯治理

为解决马堡煤矿15~#煤掘进工作面瓦斯涌出量大、抽采效果差的问题,通过理论分析和现场试验的方法,分析了二氧化碳致裂增透机理,设计了煤层增透试验方案,并在二采区运输下山掘进工作面进行了应用。在巷道迎头实施二氧化碳致裂爆破后,2组钻孔内瓦斯浓度平均提高了3倍,巷道掘进期间回风流中瓦斯浓度由抽采前的0.79%降为爆破后的0.26%,下降了67%,瓦斯平均抽采纯量提高了2.39倍,平均抽采混量提高了0.87倍。研究表明,二氧化碳致裂增透技术是一种有效的煤层增透手段,可以改善高瓦斯低透煤层难抽采的现状,显著提高瓦斯抽采效果。     

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。     

松软煤层水力冲孔与二氧化碳爆破联合增透技术

为有效解决松软煤层瓦斯透气性低、瓦斯抽采效果差的问题,提出一种水力冲孔与二氧化碳致裂爆破联合增透方法,即在水力冲孔基础上引入二氧化碳致裂爆破措施,加快松软煤体向孔洞移动的速度,进一步提高煤层透气性,延长高瓦斯流量抽采时间。在贵州高山煤矿9号煤层进行对比试验,抽采30d后,联合增透技术抽采钻孔瓦斯抽采量比单独使用水力冲孔措施提高45%;抽采60d后,联合增透技术采区域平均残余瓦斯含量比单独使用水力冲孔增透措施时降低了22%,为其他矿区松软煤层瓦斯抽采提供参考。     

液态二氧化碳致裂增透技术在下沟煤矿的应用

为解决下沟煤矿ZF302工作面绝对瓦斯涌出量大、瓦斯预抽时间短等问题,论证二氧化碳致裂技术在该矿的适用性,采用现场试验和理论分析的方法讨论了二氧化碳致裂对该工作面瓦斯预抽增透效果。经试验分析得出了二氧化碳致裂技术在ZF302工作面瓦斯预抽增透影响极限半径为12 m。结合分组试验结果确定了ZF302工作面二氧化碳致裂增透钻孔的最佳间距为8m,在致裂增透试验区域,瓦斯预抽钻孔在一个月内平均抽采量增加了约150%。研究表明:液态二氧化碳致裂增透技术在该矿的应用取得了一定的成效,分析结果可为该矿工作面瓦斯预抽增透提供科学依据。     

二氧化碳爆破深孔预裂强化增透试验研究

针对胡家河煤矿煤层具有煤与瓦斯突出危险性的事实,认真地分析了该煤矿采用二氧化碳爆破增加煤层透气性的瓦斯抽采相关参数,提出了二氧化碳爆破深孔预裂强化增透技术优化方案,优化后的瓦斯抽采钻孔孔径75 mm,孔深100 m,孔间距10 m。     

煤层深孔聚能爆破致裂增透工艺研究

针对低透气性煤层瓦斯抽放率低问题,将聚能爆破技术应用于煤层增透中,制定了聚能爆破增透工艺,并将增透工艺分为选址、打钻、装药、封孔、引爆5个步骤.在深孔聚能爆破致裂机理研究的基础上,进一步分析了煤层深孔爆破影响半径及其与装药不耦合系数的关系.以郑州大平煤矿13091工作面为例,对煤层深孔聚能爆破增透瓦斯抽放工艺技术可行性进行了验证.