煤与瓦斯突出机理分类研究构想及其应用探讨

针对目前各种地质和采动条件下突出发生的机理没有完全掌握,突出事故仍时有发生的现实背景,提出了煤与瓦斯突出机理的分类研究构想,在此基础上构建了爆破扰动构造煤岩突出的物理模型,分析了爆破应力波在3种不同爆破介质中的传播规律及其对构造煤岩的损伤破坏和瓦斯赋存状态的影响,并利用自主研制的气固耦合爆破试验装置进行了模拟实验。研究发现,"地质弱面体"为突出的发生提供了松软煤体、瓦斯赋存空间、异常应力和突出启动的弱面环境;爆破应力波从岩层或者原生结构煤层入射到"地质弱面体"会发生波的透射和反射,反射的拉伸应力波产生的拉应力集中分布在波阻抗发生变化的区域;"地质弱面体"加强爆破应力波的反射拉伸和爆破振动的累积效应导致煤岩体裂隙增加,为瓦斯的流动提供通道,当煤岩体的强度不能抵抗瓦斯内能和煤岩体的弹性潜能时将会发生煤与瓦斯突出。     

爆破应力波在构造带煤岩的传播规律及破坏特征

针对煤矿井下爆破作业扰动到构造带煤岩体容易诱发煤与瓦斯突出事故的现实背景,根据爆破应力波在构造带煤岩的传播规律结合相似模拟实验和数值分析,研究应力波对构造带煤岩的损伤破坏特征及其对煤与瓦斯突出的影响作用机理。研究发现,爆破应力波从岩体传播到构造松软煤层时,在煤岩交界面发生了波的透射和反射;透射的压缩应力波作用于煤体,使煤层裂隙增加;反射的拉伸应力波反作用于岩体,使位于岩体内相应测点的应力值增大约1.1倍,在靠近松软煤体一侧的岩体内形成交叉网状裂纹,加大了岩体的破坏程度和破坏范围。构造松软煤体加强爆破应力波的反射拉伸和爆破振动的累积效应导致构造带煤岩交界面的煤岩体损伤严重,当煤岩体的强度不能抵抗瓦斯内能和煤岩体的弹性潜能时将会发生煤与瓦斯突出。     

下保护层开采卸压瓦斯抽采技术研究

针对我国瓦斯灾害事故越来越严重,而保护层开采作为区域性防突措施越来越受到人们重视的现状,采用理论分析和现场工程实践考察等研究手段,结合11515工作面具体开采工程实践,提出被保护层卸压瓦斯抽采技术方法,主要以高抽巷暗立钻井和底抽巷上向穿层钻孔抽采为主。通过保护层开采,实现了被保护层采煤工作的安全快速掘进和高产高效开采。     

基于ANSYS的耦合装药系数对煤层预裂爆破增透效应数值模拟

为研究不同耦合装药系数条件下,深孔预裂爆破对煤层增透的效果,利用ANSYS/LSDYNA建立了4组不同耦合装药系数的爆破模型并进行模拟;得出裂隙发育图、应力云图及x方向的应力时程图。分析结果得以下结论:耦合系数K=1.5时的裂隙扩展长度较K=1.0时长;不耦合装药结构使有效应力分布更均匀,随着耦合装药系数的增大,有效应力范围减小,均小于完全耦合时的情况;适当增大耦合装药系数,可提高能量利用率,增透的效果更好,继续增大耦合装药系数,则裂隙不向控制孔延伸。     

爆破扰动松软煤层对巷道围岩稳定性的影响EI北大核心CSCD

随着煤矿采掘深度的增加,爆破技术在煤矿井下的应用越来越广泛,但因爆破扰动松软煤层诱发的煤与瓦斯突出事故也不容忽视。为研究爆破扰动松软煤层的力学特征以及爆破震动效应对巷道围岩稳定性的影响,以巷道掘进爆破扰动松软煤层诱发煤与瓦斯突出为工程背景,根据相似理论在实验室搭建了爆破模拟试验系统,通过超动态应变仪监测爆破载荷作用下试样的力学特性,结合理论分析和数值模拟探讨爆破对巷道稳定性的影响。研究发现,当爆破孔从岩层进入松软煤层,在该试验条件下产生了类似突出的破碎抛掷过程;爆破裂纹扩展是导致巷道围岩破坏的根本原因,而松软煤层的存在会加剧巷道围岩的破坏程度,促使巷道围岩的裂隙进一步扩展发育,在煤矿井下一次爆破装药量大,炮孔数目多和需要多次爆破的情况下,爆破振动的累积损伤会最终影响到巷道的稳定。研究成果对揭示井下爆破扰动构造带煤岩诱导煤与瓦斯突出的发生机理具有重要的理论价值。     

爆破扰动松软煤层对巷道围岩稳定性的影响

随着煤矿采掘深度的增加,爆破技术在煤矿井下的应用越来越广泛,但因爆破扰动松软煤层诱发的煤与瓦斯突出事故也不容忽视。为研究爆破扰动松软煤层的力学特征以及爆破震动效应对巷道围岩稳定性的影响,以巷道掘进爆破扰动松软煤层诱发煤与瓦斯突出为工程背景,根据相似理论在实验室搭建了爆破模拟试验系统,通过超动态应变仪监测爆破载荷作用下试样的力学特性,结合理论分析和数值模拟探讨爆破对巷道稳定性的影响。研究发现,当爆破孔从岩层进入松软煤层,在该试验条件下产生了类似突出的破碎抛掷过程;爆破裂纹扩展是导致巷道围岩破坏的根本原因,而松软煤层的存在会加剧巷道围岩的破坏程度,促使巷道围岩的裂隙进一步扩展发育,在煤矿井下一次爆破装药量大,炮孔数目多和需要多次爆破的情况下,爆破振动的累积损伤会最终影响到巷道的稳定。研究成果对揭示井下爆破扰动构造带煤岩诱导煤与瓦斯突出的发生机理具有重要的理论价值。     

定向聚能爆破弱化综掘工作面逆断层应用研究

针对综掘工作面过逆断层采用普通爆破预先弱化硬岩时巷道围岩和构造区域煤岩体的稳定性问题,通过理论分析和对比模拟实验研究爆破扰动逆断层构造带的突出原因,提出改变装药结构,采用定向聚能爆破的预防对策并进行现场应用。研究发现,爆破应力波传播到逆断层构造区域时,在煤岩交界面发生波的透射和反射,爆破振动的累积损伤使不同煤岩介质交界面的破坏最为严重,加大了煤岩体的损伤程度和破坏范围,为瓦斯动力灾害的发生提供了弱面,有利于突出的发生;定向聚能爆破可以使爆破作用集中在岩体方向,减少应力波对构造区域煤岩体的扰动;在本实验条件下,聚能方向的应力比普通爆破增加2倍左右,非聚能方向的应力减小约3倍。现场应用表明,采用定向聚能爆破后,综掘工作面坚硬岩石中的裂纹损伤扩展,达到了预先弱化的目的和综掘机破碎岩石的要求,工作面上方逆断层构造区域的煤岩体基本完整,为综掘工作面安全快速通过硬岩逆断层提供了保证。     

构造带内巷道定向聚能爆破掘进围岩损伤特征试验研究

为了解决传统的钻眼爆破掘进巷道法在围岩中形成的裂纹无序扩展,遇到构造带时极易诱发动力灾害的现实问题,开展构造煤岩层内巷道掘进定向聚能爆破破岩技术研究。根据聚能爆破的空穴效应和能量转移原理,建立聚能爆破的岩石断裂力学模型,将聚能爆破与普通爆破的裂纹起裂及扩展规律进行对比分析,得出聚能爆破与普通爆破形成的粉碎区以及应力峰值的倍数关系。搭建可模拟地应力与瓦斯压力的爆破试验平台,通过普通爆破和聚能爆破的相似模拟对比试验发现,聚能爆破在聚能方向上形成的粉碎区是普通爆破同方向的0.838倍,应力峰值是普通爆破的1.58倍,爆生气体的静力学作用时间对比普通爆破,在聚能方向上延长了300μs,非聚能方向上缩短了250μs。同时,进行聚能爆破掘进的现场应用,巷道周边眼采用聚能装药后,超欠挖率减少了近50%。研究表明,聚能爆破使聚能方向的裂纹扩展范围增大,非聚能方向的裂纹扩展范围减小,运用于掘进构造带中的巷道时能够提高爆破效率,降低对支护围岩体和构造煤体的损伤破坏程度,抑制由爆破掘进诱发的瓦斯动力灾害事故。