【摘要】：二氧化碳致裂技術(shù)是一種利用氣體相變?cè)碇铝驯频姆椒?具有致裂過(guò)程不產(chǎn)生火花,致裂威力可控,儲(chǔ)存與運(yùn)輸安全和操作便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)。煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司通過(guò)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)與改進(jìn),在不同礦區(qū)進(jìn)行了大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),嘗試探尋該技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)的不同領(lǐng)域中的應(yīng)用,以便更好服務(wù)于礦井生產(chǎn)。本文首先對(duì)二氧化碳致裂技術(shù)、致裂原理、爆破機(jī)理進(jìn)行了分析。認(rèn)為二氧化碳致裂的本質(zhì)是通過(guò)高壓氣體和應(yīng)力波的共同作用對(duì)煤(巖)體進(jìn)行破壞,產(chǎn)生裂隙和位移。根據(jù)巖石力學(xué)和氣體爆破等理論嘗試運(yùn)用數(shù)值模擬推算致裂過(guò)程中的裂隙發(fā)育情況及其影響范圍,為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供理論參考。其次,系統(tǒng)地介紹二氧化碳致裂設(shè)備產(chǎn)品構(gòu)造、功能、型號(hào)參數(shù)及灌裝加注和爆破工藝流程,歸納總結(jié)了二氧化碳致裂技術(shù)特點(diǎn)以及在應(yīng)用中注意事項(xiàng)。隨后,對(duì)二氧化碳深孔預(yù)裂爆破在低透氣性煤層增透和巷道快速掘進(jìn)增透消突領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究。在低透氣性煤層中采用爆破鉆孔和抽采觀察鉆孔交叉布置的方法,預(yù)裂爆破后巷道煤壁和爆破孔內(nèi)形成明顯裂隙,對(duì)比致裂前后瓦斯抽采濃度及純量提高效果明顯。在煤巷掘進(jìn)工作面采取條帶式鉆孔深孔預(yù)裂爆破和預(yù)抽相結(jié)合的方法進(jìn)行消突,實(shí)施后鉆孔內(nèi)瓦斯?jié)舛忍岣?～3倍,爆破前掘進(jìn)期間回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?.78%,爆破后經(jīng)預(yù)抽瓦斯,掘進(jìn)期間回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?.28%,掘進(jìn)預(yù)抽期縮短一半以上。在礦井煤(巖)體松動(dòng)與破碎應(yīng)用中,包括落煤、處理底鼓、過(guò)工作面斷層、大塊矸石處理等領(lǐng)域,自由面狀況、煤(巖)體硬度和節(jié)理發(fā)育程度、鉆孔參數(shù)、地質(zhì)條件等因素對(duì)應(yīng)用效果影響較大。在落煤生產(chǎn)中,單孔爆破落煤1.5t～3t,塊煤率在80%左右,垮落煤塊在1m～3m范圍內(nèi);巖石松動(dòng)和破碎中,自由面狀況較差時(shí),可適當(dāng)調(diào)整鉆孔參數(shù)營(yíng)造自由面,為巖體松動(dòng)位移提供空間。鉆孔布置孔間距在0.8m～2.5m,鉆孔角度30°～60°,更易于破碎和裂隙延伸。
[Abstract]:Carbon dioxide cracking technology is a method of cracking and blasting based on the principle of gas phase transformation. It has many advantages, such as no sparks produced in the process of cracking, controllable splitting power, safe storage and transportation, and convenient operation and so on. Through the research and improvement of the technology and products, Shenyang Research Institute Co., Ltd. of Coal Group has carried out a large number of field tests in different mining areas to try to explore the application of the technology in different fields of coal mine safety production. In order to better serve the mine production. In this paper, the technology of carbon dioxide cracking, the principle of cracking and the mechanism of blasting are analyzed. It is considered that the essence of carbon dioxide cracking is to destroy coal (rock) body through the interaction of high pressure gas and stress wave, resulting in fracture and displacement. According to the theory of rock mechanics and gas blasting, this paper attempts to use numerical simulation to calculate the crack development in the process of fracture and its influence range, which provides a theoretical reference for the field application. Secondly, the product structure, function, model parameters, filling, injection and blasting process of carbon dioxide cracking equipment are systematically introduced, and the characteristics of carbon dioxide cracking technology and matters needing attention in application are summarized. Then, the application of CO _ 2 deep-hole pre-splitting blasting in the field of anti-penetration in low-permeability coal seam and fast tunneling in roadway is studied. In the low permeability coal seam, the obvious cracks were formed in the coal wall and the blasting hole after pre-splitting blasting by using the method of blasting drilling and mining observation to observe the cross arrangement of the boreholes, and the effect of increasing the concentration and scalar quantity of gas extraction before and after splitting was obvious. In the coal roadway driving face, the combined method of deep hole pre-split blasting and pre-drainage is adopted to eliminate outburst. After the implementation, the gas concentration in the borehole is increased by 2 times, the gas concentration in the return air flow is 0.78 during the excavation period before blasting, and the gas is pre-pumped after blasting. The gas concentration of return air flow during tunneling is 0.28 and the advance drainage period is shortened by more than half. In the application of coal (rock) body loosening and breaking in coal mine, including coal falling, treating bottom drum, working face fault, large gangue treatment, free surface condition, hardness and joint development degree of coal (rock) body, drilling parameters, etc. Geological conditions and other factors have great influence on the application effect. In the production of coal falling, the single hole blasting caving coal is 1.5 t ~ 3 t, the lump coal rate is about 80%, and the caving coal block is within the range of 1m~3m, when the rock is loose and broken and the free surface condition is poor, the drilling parameters can be adjusted appropriately to create the free surface. Provide space for loose displacement of rock mass. The hole spacing is 0.8m ~ 2.5m, the angle of drilling is 30 擄~ 60 擄, it is easier to fracture and crack extension.
【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD712.6

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