本文針對(duì)告成煤礦煤層透氣性差、煤質(zhì)松軟、瓦斯難以抽采等問(wèn)題,采用理論分析、相似模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,借助動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、網(wǎng)絡(luò)并行電法儀等先進(jìn)設(shè)備,系統(tǒng)研究了水力沖孔與爆破增透結(jié)合的煤層增透機(jī)理,并對(duì)技術(shù)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。具體研究?jī)?nèi)容如下:首先,對(duì)沖爆聯(lián)合區(qū)域性卸壓增透機(jī)理進(jìn)行了深入分析。分析了爆破能量、應(yīng)力波、爆生氣體以及控制孔在裂隙擴(kuò)展過(guò)程中起到的作用,研究發(fā)現(xiàn)爆炸能量以應(yīng)力波與高溫高壓的爆生氣體向外釋放,當(dāng)應(yīng)力波傳播到控制孔表面,發(fā)生反向拉伸,使裂隙區(qū)進(jìn)一步發(fā)展;爆生氣體楔入應(yīng)力波作用產(chǎn)生的裂隙中,促進(jìn)了裂隙的擴(kuò)展。其次,開(kāi)展了沖爆聯(lián)合區(qū)域性卸壓增透相似模擬實(shí)驗(yàn),獲得了應(yīng)力波的傳播規(guī)律及區(qū)域性煤層損傷特征。依據(jù)相似理論和相似準(zhǔn)則,確定了煤巖體模擬材料及配比;依據(jù)相似理論、斷裂力學(xué)及告成煤礦地質(zhì)數(shù)據(jù)等設(shè)計(jì)相似模擬試驗(yàn)方案;試驗(yàn)結(jié)果表明:控制孔對(duì)裂隙發(fā)育具有明顯的導(dǎo)向作用,控制孔的存在提供了煤體爆破產(chǎn)生壓碎區(qū)和裂隙區(qū)所需的空間,同時(shí)能夠消除應(yīng)力集中;動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀采集的數(shù)據(jù)表明,應(yīng)力波在煤體中產(chǎn)生明顯的反復(fù)拉伸作用,且此作用在離爆破孔越近的地方越明顯;通過(guò)電法儀采集數(shù)據(jù)可得,電法儀是一種可以直觀、清晰觀察煤層裂隙的新方法,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。最后,開(kāi)展了沖爆聯(lián)合區(qū)域性增透現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化試驗(yàn)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,沖爆聯(lián)合區(qū)域性增透的影響半徑可達(dá)15m,抽采孔瓦斯抽采濃度與抽采純流量在48小時(shí)以?xún)?nèi)保持較高水平;將爆破孔接入抽采管路進(jìn)行瓦斯抽采,結(jié)果表明相對(duì)于抽采孔,爆破孔有更高的瓦斯抽采濃度,抽采效果優(yōu)于抽采孔。沖爆聯(lián)合區(qū)域性卸壓增透技術(shù)在低透氣性松軟煤層中能夠起到較好的增透效果,使瓦斯抽采效率大幅度提升。研究成果對(duì)于國(guó)內(nèi)同類(lèi)煤層,尤其是高瓦斯、低透氣性松軟煤層,具有較高的推廣價(jià)值。
【學(xué)位單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TD712.6
【部分圖文】：

量得不到有效利用，爆破的能量不能夠充分的實(shí)現(xiàn)對(duì)煤體的致裂作用；最后，控??制孔能夠提供煤體爆破產(chǎn)生壓碎區(qū)和裂隙區(qū)所需空間，并消除應(yīng)力集中％３５３。??通過(guò)力學(xué)模型對(duì)控制孔的作用進(jìn)行分析，控制孔力學(xué)模型如圖２－１所示：??■個(gè)”千”今”丨??圖２－１爆炸應(yīng)力作用下控制孔的受力狀態(tài)??Ｆｉｇ２－１?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｏｒｅ?ｕｎｄｅｒ?ｔｈｅ?ｂｌａｓｔｉｎｇ?ｓｔｒｅｓｓ??在圖２－１中：??ａｒｃ＝－ａ２Ｐｃ／Ｌ２?（２－２）??＜ｒｄｃ＝ａ２Ｐｃ／Ｌ２?（２－３）??控制孔自由面處的切向應(yīng)力可用下式表示：??ａｇｃ?＝?Ｓ（ｌ＋３ａ４?／ｒ４）ｃｏｓ２ｄ?（２－４）??式中：??—控制孔徑向應(yīng)力，ＭＰａ；??ｕ—控制孔的半徑，ｍ；??炸藥爆炸壓力，ＭＰａ；??ｉ＿孔間距，ｗ；??控制孔切向應(yīng)力，ＭＰａ；??５＿爆炸應(yīng)力，ＭＰａ；??ｒ—極坐標(biāo)半徑，ｍ；??－９－??

（ａ）?（ｂ）??圖３－１試塊強(qiáng)度測(cè)試??Ｆｉｇ．３－１?Ｔｅｓｔ?ｂｌｏｃｋ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｔｅｓｔ??２．３材料參數(shù)測(cè)試??根據(jù)試驗(yàn)的方案，制作底板、煤層和頂?shù)装甯鳎箟K試塊，每層試塊分三比，最終選擇一種力學(xué)參數(shù)最接近實(shí)際情況的進(jìn)行試驗(yàn)。??因?yàn)樵囼?yàn)主要考察爆破對(duì)煤層的破壞情況，所以在確定模塊材料相似主要以抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，通過(guò)利用ＲＭＴ機(jī)對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，用沙子、水泥、石膏、煤粉、水這些材料進(jìn)行配比，足以滿(mǎn)配比出不同體、頂?shù)装�，通過(guò)調(diào)整材料配比可以使得模擬試塊和實(shí)際煤體物理力相似，最終確定煤層、頂板和底板的相似模擬材料配比參數(shù)分別如表３－３表３－３爆破相似材料配比方案??Ｔａｂ．３－３?Ｔｈｅ?ｒｅｃｉｐｅ?ｏｆ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｆｏｒ?ｂｌａｓｔｉｎｇ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??別?砂子?水泥?石膏?煤粉?水??層?３．５?０．３?１．０?１．０?０．８３??．

（ａ）?（ｂ）??圖３－１試塊強(qiáng)度測(cè)試??Ｆｉｇ．３－１?Ｔｅｓｔ?ｂｌｏｃｋ?ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｔｅｓｔ??３．２．３材料參數(shù)測(cè)試??根據(jù)試驗(yàn)的方案，制作底板、煤層和頂?shù)装甯鳎箟K試塊，每層試塊分三種不??同配比，最終選擇一種力學(xué)參數(shù)最接近實(shí)際情況的進(jìn)行試驗(yàn)。??因?yàn)樵囼?yàn)主要考察爆破對(duì)煤層的破壞情況，所以在確定模塊材料相似配比過(guò)??程中主要以抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，通過(guò)利用ＲＭＴ機(jī)對(duì)單軸抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表??明，用沙子、水泥、石膏、煤粉、水這些材料進(jìn)行配比，足以滿(mǎn)配比出不同強(qiáng)度??的煤體、頂?shù)装澹ㄟ^(guò)調(diào)整材料配比可以使得模擬試塊和實(shí)際煤體物理力學(xué)性能??參數(shù)相似，最終確定煤層、頂板和底板的相似模擬材料配比參數(shù)分別如表３－３所示：??表３－３爆破相似材料配比方案??Ｔａｂ．３－３?Ｔｈｅ?ｒｅｃｉｐｅ?ｏｆ?ｓｉｍｉｌａｒ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｆｏｒ?ｂｌａｓｔｉｎｇ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??—類(lèi)別?砂子?水泥?石膏?煤粉?水??煤層?３．５?０．３?１．０?１．０?０．８３??頂板?５＿８?１
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2844457