低透气性煤层深孔预裂控制松动爆破防突作用分析

运用岩石断裂力学和爆炸力学理论分析了在高瓦斯低透气性有突出危险的煤层中进行深孔预裂控制松动爆破时，煤与瓦斯耦合作用爆生裂隙形成机理，得出了爆破过程中煤体贯通裂隙形成的条件及爆破孔与控制孔孔间距确定的依据。最后分析了深孔预裂控制松动爆破在防止煤与瓦斯突出中的作用。     

爆生气体对高应力低透气性煤层深孔爆破增透影响的数值模拟

考虑爆炸波和爆生气体时程荷载,采用FLAC3D有限差分动力模块,模拟了衰减规律不同的爆生气体对高应力高瓦斯低透煤层深孔爆破裂纹扩展的影响。其中,随裂纹扩展的时间和速度而衰减的爆生气体时程荷载,既作用在炮孔壁上又作用在爆生裂纹表面。研究结果表明:爆生气体在深埋高应力低透气性煤层深孔爆破致裂过程中起主要的驱动作用,煤层增透的效果随爆生气体衰减速度的降低而显著增加;高量爆生气体的低爆速炸药的研发对高应力高瓦斯低透煤层深孔爆破增透的现实意义重大。     

高瓦斯低透煤层深孔预裂爆破增透数值模拟试验

深孔预裂爆破产生的应力波相互叠加,加快了两爆孔间裂纹的形成和沟通速度,有效促进卸压带的形成。以淮南矿业集团谢一矿5121工作面为例进行深孔预裂爆破试验,运用ANSYS软件进行数值模拟,并分析了爆破过程中的3个阶段,为高瓦斯低透气性煤层的安全生产提供了一个较好的解决方案。     

煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔爆破中的研究与应用

针对高瓦斯低透气性煤层,从理论上探讨了煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔中爆破时,炸药爆炸冲击波初始峰值压力和传播到孔壁处的入射压力以及孔壁煤面上的透射冲击压力。建立了炮孔周围煤体中的动态应力场,分析了爆源区径向裂隙区的形成和扩展半径。最后将裂隙区半径应用于煤层爆破孔和抽采孔布置参数设计,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破孔和瓦斯抽采孔的合理间距,并进行工程实践。结果表明该方法为高瓦斯低透气性煤层增透,进而为解决煤层瓦斯抽采提供了一条有效的解决方案。     

水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术研究

为了增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯的利用率和抽采效率,提出了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,分析了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透的爆破致裂机理,建立了在爆轰气体作用下的裂纹应力强度因子方程和裂纹二次扩展半径方程。运用RFPA2D-Flow模拟软件对水力压裂后孔壁周围煤岩体裂隙的产生过程与裂隙扩展规律进行模拟。利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析模拟软件对不同长度预裂缝影响深孔预裂爆破后瓦斯抽采增透效果的程度进行模拟。同时在阳泉五矿8410工作面开展了现场工业性试验,以此验证煤矿井下进行水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后的瓦斯抽采增透效果。结果表明:使用水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后煤层的透气性与常规的深孔预裂爆破相比有显著提高,致裂孔的初始瓦斯涌出量是普通爆破孔的3.18倍,瓦斯含量的衰减强度降低了77.3%。深孔预裂爆破的有效影响半径随着爆破孔内预裂缝长度的增加而提高,而且二者呈线性关系。该研究中采用复合爆破后的有效影响半径可达到6.98 m,与数值模拟结果得到的有效影响半径6.763 m相近。同时数值模拟与现场工业性试验的结果均证明:提出的水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,能够有效增加煤岩层的透气性,提高瓦斯的抽采效率,为其他低渗透高瓦斯煤层的瓦斯抽采增透技术提供了参考。     

不同孔间距抽采孔对深孔预裂爆破增透效果影响研究

为了研究不同孔间距抽采孔对深孔预裂爆破效果的影响,利用ANSYS有限元模拟软件,建立深孔预裂爆破影响范围物理模型,设计5种工况探讨不同孔间距抽采孔对深孔预裂爆破的影响效果;研究了不同孔间距抽采孔对爆破裂隙的扩展形态的影响,分析了抽采孔内壁质点位移及振动速度,最终确定合理的孔间距。模拟结果表明:孔间距为4 m时爆生主裂纹会贯穿经过抽采孔,抽采孔可能会出现塌孔现象。3~7 m的孔间距区间,随着孔间距的增大,抽采孔对煤体爆生裂纹的影响逐渐削弱;孔间距虽然对裂隙整体走势产生影响,但对于煤层整体的增透效果并未产生明显差异;确定深孔预裂爆破的预裂孔与抽采孔的最佳间距为5 m。     

漳村矿2306工作面预裂爆破增透预抽钻孔松动半径试验

漳村煤矿为高瓦斯矿井,由于煤层的低透气性导致瓦斯抽采率偏低,造成回采安全隐患,因此在该矿采用深孔控制预裂爆破技术对煤层卸压增透。提出了漳村煤矿2306工作面井下煤层深孔预裂爆破增透工艺,并在现场选取控制孔与爆破孔不同钻孔间距进行爆破试验,研究发现预裂爆破在2306工作面能够起到有效增透作用,瓦斯浓度比未爆破位置煤层最大能提高3倍,抽采纯量最大提高4倍,瓦斯抽采量显著增大,当控制孔与爆破孔间距4 m时瓦斯抽采量最大且衰减最慢,抽采效果最好,因此4 m是漳村矿2306工作面的松动爆破半径。     

深孔预裂爆破在高瓦斯特厚煤层回采中的应用

针对高瓦斯低透气性特厚煤层回采期间瓦斯涌出量大,抽放率不高的问题,采用深孔预裂爆破强化预抽瓦斯措施,研究了钻孔工艺参数对低透气性特厚煤层的影响.试验结果表明,利用专门的爆破巷道,向煤体打扇形钻孔,装药爆破,在爆压作用下产生破裂和松动,使钻孔周围的煤体沿径向由内向外形成破碎圈、松动圈和裂隙圈,增大煤层的透气性系数,从而提高低透气性特厚煤层的瓦斯预抽率.通过对铜川矿务局下石节煤矿215综放工作面采取深孔预裂爆破强化预抽措施,使工作面瓦斯抽放率提高了10%以上,降低了回采工作面生产期间的安全隐患,为以后的瓦斯治理工作提供了参考.     

煤层深孔聚能爆破致裂增透机理研究

针对高瓦斯低透气性煤层钻孔瓦斯抽放效率低的问题,以郑州煤炭工业（集团）有限责任公司大平煤矿为例,提出了煤层深孔聚能爆破致裂增透方法.利用爆破特殊装药结构积聚爆炸能量,驱使聚能罩侵彻煤体形成初始裂隙,并在爆生气体的二次驱动下扩大煤体断裂带范围.现场爆破试验及瓦斯抽放效果证明,煤层深孔聚能爆破裂隙有效影响半径为5~6 m,钻孔瓦斯抽放浓度平均提高200%~300%.     

深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯技术研究与应用

针对平顶山煤业集团五矿开采的己组煤层瓦斯大、煤质软、低透气性的特点,提出采用深孔控制预裂爆破技术强化抽放瓦斯的方案,详细分析了深孔控制预裂爆破的爆破机理,根据理论分析和试验研究确定了合理的爆破工艺参数,通过工业试验及效果检验证明了深孔控制预裂爆破技术可以大大提高煤层的透气性,从而提高煤层的瓦斯抽放效率。     

Numerical simulation and experiment analysis of improving permeability by deep-hole presplitting explosion in high gassy and low permeability coal seam

Created a new damage model for explosive for LS-DYNA3D, taking advantage of the Taylor method aimed at the high gassy and low permeability coal seam, and numerically simulated and analyzed the deep-hole presplitting explosion. The entire process of explosion was represented, including cracks caused by dynamic pressure, transmission and vibration superposition of stress waves, as well as cracks growth driven by gas generated by explosion. The influence of the cracks generated in the process of explosion and the performance of improving permeability caused by the difference of interval between explosive holes were analyzed. A reasonable interval between explosive holes of deep-hole presplitting explosions in high gassy and low permeability coal seams was proposed, and the resolution of gas drainage in high gassy and low permeability coal seam was put forward. Supported by the National Science Foundation of China (50534090, 2007BAK28B01, 2007BAK29B06); the Science Foundation of Anhui Province (050440403); Creative Team Plan for High School of Anhui (2006KJ005TD)     

平顶山矿区煤与瓦斯突出规律及防治对策

分析了平顶山矿区煤与瓦斯突出规律,对防突措施进行了反思,指出了低透高突煤层超前排放防突措施的局限性,以及深孔控制卸压爆破防突措施的应用前景。     

顺层深孔预裂爆破瓦斯预抽的试验研究

高瓦斯低透性煤层的瓦斯抽放,一直是煤矿安全生产过程中的重大技术难题。通过深孔预裂爆破强化预抽高低透性煤层瓦斯的效果考察与分析,讨论了爆破影响半径、煤层瓦斯抽放率等内容。生产实践检验,顺层深孔预裂爆破达到了快速抽放、预防突出、保障安全生产的目的。     

多缝线金属射流定向预裂爆破技术在瓦斯抽采中的应用

为提高高瓦斯、高应力、低透气性煤层钻孔瓦斯抽采能力,开发了多缝线金属射流定向预裂爆破技术,并在常村矿N1-3采区进行了预裂爆破增透工程试验。爆破过程中,多缝线金属射流首先在煤层中射出主裂缝,随后推进剂延迟爆破产生高能爆生气体压裂煤体,破坏坚硬煤体的致密结构,在钻孔周围形成松动裂隙圈,达到煤层增渗效果。试验结果表明:钻孔瓦斯抽采浓度由措施前的10.1%增加到措施后的42.2%,钻孔瓦斯抽采流量由措施前的0.026 m3/min增加到措施后的0.077 m3/min,百米钻孔瓦斯涌出量和煤层透气性系数也分别提高近1倍,掘进速度由措施前的49.5 m/月提高到了措施后的130 m/月。     

多孔同段聚能爆破煤层增透数值模拟及应用

构建三维多孔同段(多个炮孔同时起爆)聚能爆破模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件再现聚能射流及爆炸应力波传播与叠加的过程,探讨应力波的传播规律;同时对多孔同段聚能爆破下不同间距炮孔间的煤体单元应力进行了分析。研究结果表明,炸药爆炸后形成聚能射流侵彻煤体,随后形成的爆炸应力波沿着各自的方向传播,之后相遇叠加,相邻炮孔间距越大,应力波叠加所需时间越长且叠加应力越小;比较不同间距相邻炮孔间煤体单元应力,发现裂隙首先在炮孔周围产生,随着爆轰气体的传播,裂缝将主要沿着炮孔连线扩展。只要相邻炮孔间距得当,相邻炮孔间煤体区域相当于受到2次爆破作用,使得煤体裂隙充分发育并相互贯通,提高瓦斯抽采率。同时在平顶山开展了煤层多孔聚能爆破现场实验,结果表明多孔聚能爆破能有效提高煤体致裂程度,同时确定了多孔聚能爆破最佳相邻炮孔间距。     

基于深孔预裂爆破增透技术的低透气性煤层瓦斯抽采研究

为了有效地对低透气性煤层进行瓦斯抽采,确保矿井的安全开采,研究了深孔预裂爆破增透技术对煤体的致裂机理,分析了控制孔对裂隙发育的影响,确定了爆破影响半径和裂隙区的范围,采用数值模拟分析研究了不同时间段煤体受力状态和裂纹扩展情况以及爆破孔附近煤体裂纹的长度及数量。研究有效地解决了低气性煤层的瓦斯抽采问题,具有一定的推广应用价值。     

高瓦斯突出煤层未保护区综放开采瓦斯综合治理研究

针对淮南潘三煤矿低透气性高瓦斯煤层综放开采的实际情况,在综合分析影响综放面安全开采的基础上,提出并实施了顶板走向长钻孔覆岩卸压瓦斯抽放、本煤层顺层孔卸压瓦斯抽放、尾巷抽放和排放等综合瓦斯治理措施,实现工作面的安全快速推进。实践证明,顶板走向长钻孔覆岩卸压瓦斯抽放是解决低透气性煤层瓦斯抽放率低的有效方法,回采面顺煤层瓦斯预抽率在30%以上;尾巷抽放和排放是低透气性高瓦斯煤层安全生产的有效辅助措施。该方法对类似条件的高瓦斯煤层综放安全开采有指导意义。     

低透气性突出煤层巷道快速掘进的试验研究

针对在低透气性突出煤层巷道掘进过程中,煤与瓦斯突出综合检测指标经常超限,掘进速度缓慢等问题,提出了深孔预裂控制爆破和巷帮钻孔边抽边掘相结合的综合防突技术,研究了深孔预裂控制爆破技术的作用机理,阐述了深孔预裂控制爆破技术的工艺流程和巷帮钻孔的布置参数.研究表明：在低透气性突出煤层中采用深孔预裂控制爆破和巷帮钻孔边抽边掘相结合的防突措施,可有效地消除激发突出的应力和煤体结构的不均匀性,提高煤体强度和煤层透气性,使巷帮钻孔瓦斯抽放量大幅度地提高,增大了煤体抑制突出的阻力,能有效地预防和消除在掘进过程中煤与瓦斯突出的危险性,且提高巷道掘进速度3～4倍.     

功率超声波技术在低透气性煤层增透试验中的应用

为了增加低透气性煤层渗透率,提高预抽煤层瓦斯抽采效率,提出了一种安全高效的新型功率超声波技术来实现对煤层的增透,超声波增透煤层时通过破裂和声波扰动的方式增加了煤层透气性,这些方式的加载使得其原先裂缝不断地扩展、延伸,最终达到增透整个煤层的作用。将功率超声波技术应用于2130矿24312采煤工作面,采用回风巷顺层布孔的方式进行作业,现场试验结果表明:功率超声波增透技术显著提高了煤层瓦斯抽采浓度和抽采纯量,同时降低了瓦斯抽采钻孔的工程量。现场证明功率超声波技术作用于低透气性煤储层,提高了瓦斯抽采效率,对于矿井瓦斯高效抽采具有广阔的应用前景。