各向异性煤体爆破致裂有效区域及渗透性研究

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煤层中由于层理、割理的存在而呈现非均质性,使得煤层具有各向异性特征。进而在煤层中采用爆破致裂技术进行增透时,不同方向上煤层致裂有效距离及渗透性具有明显差异。为探究各向异性煤层致裂有效距离及渗透性变化特征,本文以赵固二矿二1煤层煤体为研究对象,沿不同方向取芯进行煤体的抗拉、抗压强度实验分析了煤体力学各向异性特征;再根据煤体力学各向异性特征对煤层合理布孔,进行爆破致裂有效区域现场测试,以观测致裂前后煤层中瓦斯抽采浓度与纯量的变化,初步确定爆破致裂有效区域;然后通过SHPB主动围压实验与渗透性测试实验对煤体动态力学特征及爆破冲击前后的渗透性进行了分析;最后使用非线性软件LS-DYNA对煤层爆破致裂过程进行了数值模拟,通过实验与模拟相结合的方式确定各向异性煤层爆破致裂有效区域及其渗透性变化特征。主要结论如下:(1)爆破致裂区域呈椭圆形。以爆破孔为中心,在平行于层理方向上有效致裂距离在4.3 m,在垂直于层理方向上有效致裂距离在2.6 m。(2)煤体最大动态应变率随着冲击气压呈指数增长。垂直于层理方向煤样的动态应变率明显低于平行于层理方向煤样的动态应变率。在同一冲击气压下,垂直于层理方向煤样的最大应力值明显高于平行于层理方向煤样的最大应力值。(3)爆破冲击作用下煤层的渗透率随致裂距离增加呈指数形式减小,煤层平行于层理方向相对于垂直于层理方向煤样渗透率减小速率较快,爆破致裂对于煤层增透效果显著。
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