由于煤炭在我國的能源主導(dǎo)地位保持不變,防止瓦斯突出、減少煤礦事故,實現(xiàn)煤礦的安全開采一直是我們共同追求的目標(biāo)。本文針對一種新型的開采工藝——爆注一體化工藝的力學(xué)機理進行了研究。爆注一體化工藝的特征在于將傳統(tǒng)的注水工藝和松動爆破工藝相結(jié)合,同孔注水爆破。這類工藝對于埋深大、透氣性差的煤層來說,相比傳統(tǒng)爆破工藝,其在爆破發(fā)生后可以緩沖爆破初始壓力,提高能量利用率,更好地促進煤層中的裂隙發(fā)育,進而大大增加煤層中的裂隙通道,提高煤層透氣性,增加瓦斯抽采量。注水有助于潤濕煤體,有效隔絕易爆氣體與火源,杜絕爆炸事故的發(fā)生,降低煤與瓦斯突出的危險,并起到良好的降塵效果。本文在煤巖體微觀結(jié)構(gòu)觀測及滲透率實驗基礎(chǔ)上研究了注水帶給煤巖孔隙和裂隙的變化,分析了注水爆破后瓦斯抽采量提高的原因;結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬對爆注一體化中不同工藝條件下單孔爆破的力學(xué)機理進行了深入研究,進而針對最佳的工藝條件來對工程實際中多孔爆破的孔間距選取提出解決思路與方法,主要工作如下:通過核磁共振實驗、滲透率實驗研究了注水帶給煤巖孔隙和裂隙的變化,結(jié)果表明:含水率的升高會增大煤巖體孔隙體積和孔隙總面積,且對大孔和裂隙的影響更為明顯... 

【文章來源】：鄭州大學(xué)河南省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：86 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

事故起數(shù)及死亡人數(shù)占總事故起數(shù)及總死亡人數(shù)比例示意圖

1緒論3不能形成，杜絕了爆炸事故的發(fā)生；同時增大了煤體中的孔裂隙，并使爆破范圍內(nèi)的煤體被充分濕潤，極大程度減少了粉塵的污染。本文在煤巖體微觀結(jié)構(gòu)觀測及滲透率實驗基礎(chǔ)上研究了注水帶給煤巖孔隙和裂隙的變化，分析了注水爆破后瓦斯抽采量提高的原因；結(jié)合理論分析和數(shù)值模擬對爆注一體化中不同工藝條件下單孔爆破的力學(xué)機理進行了深入研究，進而針對最佳的工藝條件來對工程實際中多孔爆破的孔間距選取進行研究，這對低透氣性高突出風(fēng)險的煤層瓦斯抽采提供了理論基礎(chǔ)，期望研究成果可以為工程實際提供參考和技術(shù)優(yōu)化的思路。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1爆注一體化工藝研究在爆注一體化的研究中，楊威等[9]提出了一種基于強弱強結(jié)構(gòu)爆注一體化區(qū)域防突方法；此外爆注一體化工藝目前在工程中已有了一定的運用，平煤十礦[10]和平煤六礦[11]均采用此方法進行了工程試驗。該工藝采用爆注一體化裝置，簡要步驟如下：首先在突出煤層上進行鉆孔，然后將炸藥以正向一字型的方式裝入水爆專用藥倉，系上裝藥倉內(nèi)的連接套管里的安全索，使用送藥器把裝藥倉送入鉆孔底部后采用爆注一體化封孔器進行封孔；最后按照設(shè)計水壓注水后進行爆破，實現(xiàn)工作面煤體卸壓、瓦斯治理和煤塵治理的綜合目的[11]。爆注一體化裝置主要包括一字水爆專用藥倉、爆注一體化封孔器、送藥器等部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1.2和圖1.3所示。圖1.2爆注一體化裝置示意圖[10]

1緒論4圖1.3爆注一體化封孔器裝置結(jié)構(gòu)示意圖[11]李延河[11]表明采用爆注一體化技術(shù)后，有以下幾個方面發(fā)生了改變：（1）煤巖的裂隙率得到了很大的提升，具體體現(xiàn)在實行爆注一體化的區(qū)域煤層含水率比之前提高了1.1%~1.3%；（2）呼吸性粉塵相比于未注水和普通注水分別降低了40%和22%，全塵降低率分別為41%和20%；（3）實施爆注一體化技術(shù)后正常回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛缺任磳嵤┙档土?.21%；（4）煤巖體應(yīng)力也發(fā)生了改變，實施爆注一體化技術(shù)后超前支撐應(yīng)力峰值由煤墻前方10~12m變?yōu)?3~15m，增加了工作面安全屏障；（5）在正�；夭善陂g，煤壁片幫率由36%降低到12%。由此可知，爆注一體化技術(shù)可增大煤巖裂隙率，降低粉塵量，降低瓦斯?jié)舛�，降低煤巖體的應(yīng)力，并有效降低煤壁片幫。朱同功[10]，呂澤[12]表明采用爆注一體化區(qū)域瓦斯防治技術(shù)后，煤巖的應(yīng)力峰值由12~15m前移到17~19.5m，增加了工作面安全屏障；平均瓦斯量增幅為323.38%，瓦斯抽采效果顯著；實施爆注一體化技術(shù)后，正�；夭善陂g平均瓦斯?jié)舛扔?.58%降至0.22%左右；煤巖體中含水率有了較大的提升，爆破注水區(qū)域較原始區(qū)域煤層含水率由1.26%~1.45%提升至2.35%~2.75%；落煤期間呼吸性粉塵濃度由15.33mg/m降低至10.43mg/m，全塵濃度由24.43mg/m降低至15.93mg/m。以上研究均體現(xiàn)了爆注一體化工藝在現(xiàn)場試驗中取得的成效，但是在理論層面的研究尚未成熟，因此本文通過對煤巖體微觀結(jié)構(gòu)觀測，采用數(shù)值模擬方法研究不同工況下單孔、雙孔的爆破過程，來對此工藝的力學(xué)機理進行深入的研究，從而完善爆注一體化理論，為后續(xù)的研究與優(yōu)化提供思路和方法。1.2.2煤巖注水對煤體微觀特性影響研究煤層注水技術(shù)是煤礦開采中常會用到的方法。例如，煤層注水技術(shù)可以使水進入煤的裂隙和孔隙結(jié)構(gòu)，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同煤級煤液相侵入效應(yīng)低場核磁共振實驗研究[J]. 劉謙,黃建濱,倪冠華,郭玉森,仲濤.  煤炭學(xué)報. 2020(03)
[2]煤礦采礦新技術(shù)與開采方法的探討[J]. 豐建剛.  當(dāng)代化工研究. 2020(02)
[3]我國煤礦生產(chǎn)事故統(tǒng)計及安全生產(chǎn)措施[J]. 縱瑞利,吳威威,劉方遠.  煤炭技術(shù). 2020(01)
[4]淺析煤礦采煤方法和采煤技術(shù)的選擇路徑[J]. 楊智慧.  當(dāng)代化工研究. 2019(16)
[5]煤礦采煤技術(shù)與方法的選擇[J]. 嚴永平.  石化技術(shù). 2019(11)
[6]爆注一體化技術(shù)在綜采工作面煤塵與瓦斯治理中的應(yīng)用[J]. 李延河.  中國煤炭. 2019(10)
[7]注水煤體有效滲流通道結(jié)構(gòu)分形特征核磁共振試驗研究[J]. 楊赫,程衛(wèi)民,劉震,王文玉,趙大偉,王文迪.  巖土力學(xué). 2020(04)
[8]深井、低透煤層爆注一體化技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 呂澤,孫亮.  能源與環(huán)保. 2019(07)
[9]JWL狀態(tài)方程及其等效多方狀態(tài)方程在內(nèi)爆炸計算中的應(yīng)用分析[J]. 徐維錚,吳衛(wèi)國.  中國艦船研究. 2019(03)
[10]基于ANSYS/LS-DYNA的聚能結(jié)構(gòu)兩側(cè)空孔合理半徑數(shù)值模擬[J]. 張旭進,張昌鎖,曾杰.  煤炭技術(shù). 2019(05)

博士論文
[1]突出危險煤層區(qū)域應(yīng)力場CT探測及多參量集成預(yù)警技術(shù)研究[D]. 王安虎.北京科技大學(xué) 2020
[2]煤層沖擊傾向性對沖擊地壓的影響機制研究[D]. 王文婕.中國礦業(yè)大學(xué)（北京） 2013

碩士論文
[1]爆炸荷載作用下巖體裂紋擴展特性研究[D]. 王澤軍.北京交通大學(xué) 2019
[2]不同耦合系數(shù)及孔間距對煤層爆生裂隙擴展影響的試驗研究[D]. 李漢坤.安徽理工大學(xué) 2018
[3]爆炸應(yīng)力波在節(jié)理巖體中傳播規(guī)律的數(shù)值模擬研究[D]. 邊俊城.西安建筑科技大學(xué) 2018
[4]本煤層水力壓裂及增透范圍研究[D]. 趙源.重慶大學(xué) 2015



本文編號：3465373