【摘 要】
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随着煤矿开采深度不断加深,含瓦斯煤层微孔隙、低渗透和高吸附性的赋存特性愈发明显,采用常规致裂增透方法瓦斯抽采效率低,且一些致裂增透措施存在诸多弊端,因此迫切需要其他致裂增透方法解决现有问题。高压气体冲击作用属于物理爆炸,是一种安全、高效、经济且适用范围广的致裂增透方法,通过高压气体瞬间膨胀做功,达到煤层致裂增透效果,但理论落后于实践,限制了该技术的推广应用。本文运用理论分析和室内试验相结合的方法对
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随着煤矿开采深度不断加深,含瓦斯煤层微孔隙、低渗透和高吸附性的赋存特性愈发明显,采用常规致裂增透方法瓦斯抽采效率低,且一些致裂增透措施存在诸多弊端,因此迫切需要其他致裂增透方法解决现有问题。高压气体冲击作用属于物理爆炸,是一种安全、高效、经济且适用范围广的致裂增透方法,通过高压气体瞬间膨胀做功,达到煤层致裂增透效果,但理论落后于实践,限制了该技术的推广应用。本文运用理论分析和室内试验相结合的方法对高压气体冲击作用下煤体的致裂机理进行探究,并从能量的角度对比分析高压气体冲击作用和爆破作用的区别。对防止瓦斯突出及提升抽采效率具有重要意义。本文应用自主研发的高压气体冲击试验系统开展孔内冲击荷载测试试验和模拟煤体冲击致裂试验。由高压气体冲击荷载测试试验结果得:高压气体冲击作用下孔壁压力时程曲线可分成三个阶段,分别为急剧增长阶段、急剧下降阶段和平稳下降阶段,且压力衰减阶段历时大于压力急剧增长阶段;高压气体冲击作用下孔壁荷载峰值略小于高压气体释放压力。由模拟煤体高压气体冲击致裂试验结果得:高压气体冲击作用下煤体内部产生的应力波包含压缩相和拉伸相两部分波形,但作用时间较爆炸应力波长,试验条件下模拟煤体应力波衰减系数为1.592左右。在控制外部约束条件下,裂纹的宽度和长度随着冲击压力的增大而增大,试件的整体性变差,侧面裂纹随之增多;在控制高压气体冲击压力条件下,外部约束抑制了裂纹尖端的应力集中度,垂直于主应力方向的裂纹扩展受到抑制,裂纹的扩展趋向于主应力方向。在能量相等的条件下,高压气体冲击作用相比炸药爆破作用,煤体内部产生的应力波峰值小,作用时间长,高压气体体积大,很少产生粉碎区,能量利用率高,在裂缝扩展过程中以高压气体准静态作用为主,更有利于实现致裂效果。图50个,表14个,参考文献73篇。
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