針對(duì)單一低滲高瓦斯煤層開(kāi)采問(wèn)題,采用二氧化碳相變爆破致裂增透方式,提升煤體滲透率,是實(shí)現(xiàn)該條件煤體安全開(kāi)采的有效措施,在現(xiàn)場(chǎng)已得到廣泛應(yīng)用。但是,相變爆破產(chǎn)生沖擊應(yīng)力特性不同于傳統(tǒng)炸藥爆破,相關(guān)基礎(chǔ)理論研究仍存在欠缺。為揭示二氧化碳相變爆破致裂機(jī)理及裂隙煤體增透滲流特征,開(kāi)展以下研究:(1)分析了二氧化碳相變爆破起裂機(jī)理。通過(guò)對(duì)相變爆破過(guò)程中二氧化碳物理性質(zhì)的分析,確定了相變爆破能量方程及體積壓力等參數(shù)對(duì)其影響;分析了爆破孔在爆破沖擊應(yīng)力作用下受力特征及孔壁在應(yīng)力波與卸載波作用下產(chǎn)生斷裂機(jī)理。(2)揭示了二氧化碳相變爆破裂紋演化規(guī)律。采用數(shù)值模擬方法確定了相變爆破裂紋特征與隨時(shí)間的擴(kuò)展演化,相變爆破在煤體中形成多重裂隙和主裂隙,裂紋主要受相變爆破作用在鉆孔周圍產(chǎn)生拉應(yīng)力作用。同時(shí)將炸藥爆破、相變爆破和水壓致裂等不同致裂方式引起的煤體損傷破壞特征采用分形方式進(jìn)行對(duì)比。(3)研究了裂隙煤體增透瓦斯?jié)B流特性。以相變爆破產(chǎn)生的裂隙煤體為基礎(chǔ),研究致裂后煤體增透及瓦斯?jié)B透過(guò)程,煤體裂隙形成瓦斯流動(dòng)的優(yōu)勢(shì)通道,煤體中的瓦斯向距離最近的裂隙中匯集,相變爆破煤體裂隙分布范圍廣,能夠?qū)φ麄�(gè)煤體起到卸壓增透作用。(4)檢驗(yàn)了二氧化碳相變爆破致裂增透現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果。高河能源E2307工作面采用相變爆破之后,在煤體中產(chǎn)生了多處裂隙,促進(jìn)了瓦斯的解析與流動(dòng)。壓裂孔瓦斯抽采濃度由15%提高到了50%以上,煤體透氣性系數(shù)提高了10~20倍以上,提高了瓦斯抽采效率,保障了礦井的安全生產(chǎn)。該論文有圖55幅,表8個(gè),參考文獻(xiàn)131篇。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD712
【部分圖文】：

.1 背景及研究意義（Background and Research Significance）我國(guó)能源賦存具有“富煤、貧油、少氣”的特點(diǎn)，根據(jù)中華人民共和國(guó)自源部發(fā)布的《中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告》顯示[1]，2000m 以淺，煤炭預(yù)測(cè)資源儲(chǔ)量.88 萬(wàn)億 t，資源查明率為 30.3%，其中查明儲(chǔ)量為 15980.01 億 t，且查明儲(chǔ)量增長(zhǎng)。這一地理賦存條件決定了煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)中的重要地位，在一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)煤炭產(chǎn)量仍會(huì)維持較高水平。煤炭資源與瓦斯資源伴隨而明的煤層氣儲(chǔ)量達(dá)到 1023 億 m3，其中可采儲(chǔ)量為 470 億 m3，在 2000m 以瓦斯儲(chǔ)量為 36.81 億 m3，處于世界上第三，煤層氣開(kāi)發(fā)潛力巨大[2, 3]。其中氣的賦存有明顯的地域特征，煤與瓦斯突出礦井和高瓦斯礦井在我國(guó)廣泛分目繁多，我國(guó)瓦斯礦井分布范圍如圖 1-1 所示[2, 4-6]。，突出礦井與高瓦斯礦全國(guó)范圍內(nèi)均有分布，主要分布在我國(guó)中東部及西南地區(qū)，如河南、山西、、云南、四川、貴州、湖南、重慶等省份的突出及高瓦斯礦井共計(jì) 2865 處全國(guó)總量的 87.2％。

[96]，它由注液頭、發(fā)熱管、儲(chǔ)液管、定壓泄能片和排氣頭等部分組成。二氧化碳相變爆破原理如圖2-2所示，利用充裝設(shè)備將液態(tài)二氧化碳充進(jìn)儲(chǔ)液管內(nèi)，當(dāng)發(fā)熱管通過(guò)電流時(shí)，發(fā)熱管會(huì)加熱儲(chǔ)液管中的二氧化碳?xì)怏w，隨著溫度增加，二氧化碳開(kāi)始急劇汽化，其體積膨脹為原來(lái)的 660 多倍，儲(chǔ)液管內(nèi)的壓力急劇增加，當(dāng)壓力超過(guò)定壓泄能片的強(qiáng)度時(shí)，高壓二氧化碳將泄能片破裂，并通過(guò)排氣頭噴出，高壓氣體直接作用在周圍固體介質(zhì)之中，使得介質(zhì)產(chǎn)生破壞并侵入其裂隙中，產(chǎn)生更大范圍的裂隙，并產(chǎn)生較小的震動(dòng)和聲音。爆破管在完成爆破任務(wù)時(shí)可以將其回收，再次完成二氧化碳充裝與爆破的過(guò)程。依據(jù)爆破不同的參數(shù)

10圖 2-4 不同狀態(tài)二氧化碳特性Figure 2-4 Characteristics of carbon dioxide in different states當(dāng)二氧化碳溫度與壓力不斷增加時(shí)，二氧化碳會(huì)逐漸演化為超臨界狀態(tài)，二氧化碳變化實(shí)際演示圖像如圖 2-5 所示，剛開(kāi)始時(shí)，二氧化碳為氣液共存狀態(tài)，由于氣體密度較液體密度高，在兩種類型中間產(chǎn)生明顯的分界線，隨著溫度與壓力的增大，氣液分界線逐漸模糊，最終形成超臨界二氧化碳。二氧化碳爆破管內(nèi)剛開(kāi)始充裝二氧化碳時(shí)，由于充裝含量較小，二氧化碳以氣體的形式存在與爆破管內(nèi)，隨著充裝量的不斷增加，爆破管內(nèi)二氧化碳開(kāi)始液化為液態(tài)二氧化碳，二氧化碳以氣液共存的狀態(tài)存在，隨著充裝過(guò)程的不斷持續(xù)，二氧化碳液態(tài)占據(jù)主要部分。當(dāng)激發(fā)爆破管內(nèi)的發(fā)熱管時(shí)，二氧化碳溫度不斷增加，分子運(yùn)動(dòng)不斷加劇，由于爆破管內(nèi)的體積處于恒定狀態(tài)，二氧化碳?jí)毫σ膊粩嘣黾樱瑥亩苟趸嫁D(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)，當(dāng)爆破管內(nèi)的壓力大于定壓泄能片額定壓力時(shí)，泄能片

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2813595