氣爆低滲透煤層增透規(guī)律數(shù)值模擬研究

發(fā)布時間：2019-10-30 01:49

【摘要】：抽采煤層瓦斯是保證高瓦斯煤礦安全、高效生產(chǎn)的有效措施。我國煤層普遍滲透性差,盡管目前大多采用水力壓裂、開采解放層等卸壓增透技術(shù),但瓦斯抽采率仍然普遍偏低。隨著開采深度的增加,煤層滲透性變差,煤層瓦斯抽采更為困難。不同于炸藥爆破的氣爆新技術(shù)是提高煤層滲透性的一種安全、高效的物理爆破法,研究氣爆低滲透煤層裂隙擴展規(guī)律及增透規(guī)律至關(guān)重要。本文采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,首先,分析了低滲透煤層儲層特征及瓦斯運移機理。基于氣爆實驗,揭示了氣爆低滲透煤層增透機理。其次,建立了包含煤體變形場方程、流體動力學(xué)方程和沖擊波方程的氣爆力學(xué)模型。根據(jù)氣體射流理論,創(chuàng)新性確定了氣爆作用下煤壁所受到的壓力,并修正JWL狀態(tài)方程參數(shù),建立了不同于炸藥化學(xué)爆破的氣爆沖擊壓力確定方法,實現(xiàn)了對低滲透煤層進行物理爆破的目的。最后,采用光滑粒子流體動力學(xué)(SPH)計算方法對氣爆低滲透煤層進行不同爆孔深度、爆孔直徑、爆孔間距條件下數(shù)值模擬,得出了不同計算條件下煤層受高壓氣體沖擊后的損傷破壞規(guī)律、應(yīng)力分布、沖擊波壓力作用下煤體產(chǎn)生壓力變化規(guī)律以及氣爆低滲透煤層增透規(guī)律。高壓氣體在煤體內(nèi)瞬間釋放,產(chǎn)生的壓力遠(yuǎn)大于煤體所能承受的動態(tài)抗壓強度,煤體被破壞,形成爆破空腔。爆孔周圍1.0-1.5m范圍內(nèi)的介質(zhì)被強烈壓縮、粉碎,形成壓碎區(qū)。靠近壓碎區(qū)的介質(zhì)產(chǎn)生徑向壓縮和切向拉伸,當(dāng)切向拉伸應(yīng)力超過介質(zhì)的抗拉強度時會產(chǎn)生徑向裂隙,并隨應(yīng)力波向前傳播而擴展。隨著應(yīng)力波的傳播,高壓氣體緊隨其后并迅速膨脹,進入由應(yīng)力波產(chǎn)生的徑向裂隙中,使其繼續(xù)擴展,在煤體內(nèi)形成裂隙區(qū)和震動區(qū)。爆孔深度的減小與爆孔直徑的增加均可增大壓碎區(qū)及裂隙區(qū)范圍。雙孔爆破時,合理的孔間距對爆破效果有著直接的影響。研究結(jié)果為工程爆破中確定合理的爆破方案提供理論依據(jù)。
【圖文】：

示意圖,原生裂隙,示意圖,構(gòu)造應(yīng)力