深孔预裂爆破增透技术在谢桥矿井筒揭煤中的应用研究

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随着煤矿开采规模的扩大和开采深度的增加,地应力和瓦斯含量增大,煤层透气性降低,矿井发生煤与瓦斯突出等瓦斯事故的危险性大大增加,其中矿井井筒揭煤由于工作场地的局限性,有更多的特殊性与危险性,使其成为煤与瓦斯突出中危险程度最大的一种,因此,如何增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率、消除煤层突出危险性成为我们亟待解决的问题。本文通过理论探讨、数值模拟并结合工程试验的方法,对深孔预裂爆破卸压增透技术在低透气性高瓦斯突出煤层中的应用进行了系统研究,指出了煤岩不同力学性质、控制孔导向作用以及爆破孔与控制孔间距对爆破效果的影响,取得了以下结论:1.煤岩爆破与煤岩的波阻抗、孔隙度和碎胀性等基本力学性质密切相关;炸药在煤岩中爆破后,首先形成冲击波,其衰减很快,作用范围很小,但却消耗了大部分的炸药爆炸能量,冲击波衰减后形成的应力波作用时间比较长,作用范围较大,是煤岩破坏的主要区域。2.炸药在煤岩中爆破后,产生的应力波作用于煤岩体,产生径向压缩应力和切向拉伸应力,使煤体产生裂隙;其次,控制孔处形成的反射拉伸波进一步增加了裂隙区范围;最后,高温、高压爆生气体与煤层瓦斯压力共同作用于空腔壁已张开的裂隙中,并在裂隙尖端产生应力集中,使裂隙进一步扩展,最终形成了裂隙圈及次生裂隙圈在内的错综复杂的裂隙网。3.根据谢桥矿井筒揭13-1煤层现场情况,利用三维动力有限元程序LS-DYNA3D建立了符合实际条件的数值计算模型;通过对单个爆破孔、单个爆破孔与控制孔及两个爆破孔(不同孔间距)与控制孔的应力云图、裂隙图的数值模拟,再现了应力波在煤岩体中的传播与衰减规律,煤岩体裂隙的扩展变化过程;当两爆破孔间距4-6m时,可以使煤岩体产生大量的贯通裂隙,爆破效果较好。4.从揭13-1煤的试验效果看,深孔预裂爆破卸压增透试验效果明显,显著增大了煤体透气性,提高了瓦斯抽采浓度和抽采量,对于防治低透气性高瓦斯煤层的突出是一种积极可行的方案。
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