【摘 要】
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瓦斯灾害是制约深部矿井低渗透高瓦斯煤层安全生产的重要因素之一,对瓦斯进行有效预抽是保证煤矿安全生产的重要准备环节,提高瓦斯预抽效率最常用的技术手段是通过外力使煤岩产生新裂隙或拓宽原生裂隙来增加煤层透气性。本文采用机理分析、相似数值仿真及工业试验相结合的方法研究了液态CO2相变气爆有效致裂半径与其影响因素间的关系,以期通过优化影响参数扩大气爆能量影响范围,强化瓦斯抽采效果。本文通过对液态CO2相变气
【基金项目】
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国家自然基金（51374121）；
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瓦斯灾害是制约深部矿井低渗透高瓦斯煤层安全生产的重要因素之一,对瓦斯进行有效预抽是保证煤矿安全生产的重要准备环节,提高瓦斯预抽效率最常用的技术手段是通过外力使煤岩产生新裂隙或拓宽原生裂隙来增加煤层透气性。本文采用机理分析、相似数值仿真及工业试验相结合的方法研究了液态CO2相变气爆有效致裂半径与其影响因素间的关系,以期通过优化影响参数扩大气爆能量影响范围,强化瓦斯抽采效果。本文通过对液态CO2相变气爆技术工作过程的分析,结合气爆载荷过程特性及气爆冲击波、应力波演变规律探讨气爆致裂裂隙起裂机制、扩展机理及不同损伤演化区域的形成机理,将气爆损伤区域根据损伤因子范围划分为煤岩压碎区、裂隙密集区、裂隙扩展区和煤岩扰动震荡区;同时,计算了所选MZL275-83/1000致裂器的气爆能量在1494～1837k J之间。将有效致裂半径的影响因素分为煤岩主要物性参数及主要爆破参数两个方面,利用动力学分析软件ANSYS-LS-DYNA建立多种基础几何模型依次对不同地应力、煤体弹性模量、原始瓦斯压力、煤体抗拉强度、致裂器轴向间距、致裂器泄放压力及钻孔孔径进行单因素模拟分析,得到它们与有效致裂半径的两两定量关系。由模拟得出在所研究的影响因素参数范围内的最佳气爆参数:致裂器轴向布置间距为3m、致裂器泄放压力为275MPa及钻孔直径为133mm。基于灰色关联度分析确定了气爆有效致裂半径主控因素综合关联度排序为:致裂器泄放压力＞煤层地应力＞致裂器轴向间距＞煤体弹性模量＞煤层原始瓦斯压力＞煤体抗拉强度＞钻孔直径。以15205工作面所测煤岩物性参数建立单孔气爆模型,得到最佳气爆参数下有效致裂半径为3.28m。根据模拟结果,在15205工作面进行气爆有效致裂半径工业试验。基于相对压力指标测得当致裂器轴向间距为1m、2m、3m时,气爆有效致裂半径范围依次在[2.5m,3.25m)、[2.25m,2.5m)、[3.25m,3.5m)内,与模拟结果一致,表明模拟准确性较好。以最佳爆破参数气爆后,初始瓦斯涌出强度提高3.42倍,自然瓦斯流量衰减系数降幅达到76.37%,煤岩透气性系数增大36倍。由此可知,瓦斯预抽前可对与施工煤层同等煤岩物性参数下的气爆情况进行模拟得出最优气爆参数以增大有效致裂半径,最终达到增加煤层透气性的目的。该论文有图39幅,表26个,参考文献84篇。
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