底板穿层钻孔爆破煤层增透裂隙分布规律研究与应用.doc

底板穿层钻孔爆破煤层增透裂隙分布规律研究与应用本文基于瓦斯流动理论、瓦斯抽采技术和深孔预裂爆破增透理论,针对松软低透气性煤体在煤体中打钻孔容易垮孔、成孔率低,使得装药困难、封孔困难问题以及煤层装药爆破后松软煤体产生裂隙很快闭合,很难达到长效增透的问题,提出了底板穿层钻孔煤岩层交界处装药爆破的增透方法,通过理论分析、搭建系统进行相似模拟试验、数值模拟和现场试验的研究方法路线进行了不同控制孔孔径条件下的爆破增透尝试研究,取得了以下结论与成果:(1)在煤岩交界处装药爆破产生的能量使煤岩体产生了丰富的裂隙,一方面增强了煤层瓦斯渗透性的同时保护了用于后期抽采瓦斯的底板岩层中的控制孔,另一方面底板岩层中的裂隙为松软的煤层中的裂隙和位移提供了空间,有效减少裂隙的闭合,并提供了稳定的瓦斯流通通道。(2)随着控制孔径的增大,对裂隙的导向作用越明显,爆破空腔越小,贯穿到模型边界的裂隙偏转角度越来越小,孔径增大到一定程度后降低了相对应力集中度,使得裂隙呈现明显的网状分布。(3)在控制孔较大的情况,由于提供了足够的自由面,在爆破能量的作用下,煤体产生了以爆破孔为中心向四周挤压变形移动为主,以微裂隙为辅的的破坏,使得煤体有个从模型四周凹向中心的8°的角度。(4)通过在煤岩体交界处装药爆破,应力波在传播到煤岩层交界弱面,形成多次的反射叠加,这种反复的拉伸叠加作用在煤体,使得煤体产生更多的位移和破坏。(5)通过数值模拟计算结果得出:随着控制孔的不断增大,煤岩体中的裂隙发育越来越丰富,煤岩体的位移和相互侵入程度越大,损耗在爆破空腔里的能量越少,空腔越小;当控制孔径达到一定程度继续增大时,由于控制孔提供很大的自由面,使得煤体在爆破作用下产生了较为明显的片区移动并在控制孔附近产生破坏,与产生的裂隙的双重作用下极大的增加了煤体的透气性,同时岩体中的裂隙与煤体中的裂隙形成立体裂隙结构,岩体中稳定的控制孔为后续的瓦斯抽采作业提供了长期高效的保障。(6)工业试验采用了底板穿层钻孔煤岩交界处装药爆破方案增加了瓦斯抽采浓度和纯流量,增加了瓦斯渗透性,有效增透半径达到6m,消除了石门揭煤的瓦斯突出危险。