临空巷道二氧化碳致裂切顶卸压技术应用研究

针对坚硬顶板临空巷道强矿压显现问题,以晋能控股煤业集团有限公司马脊梁煤矿为工程背景,运用理论分析、数值模拟方法进行了临空巷道二氧化碳致裂切顶卸压技术应用研究,并成功完成现场工业性试验。结果表明:二氧化碳致裂切顶卸压技术能够降低应力峰值,应力集中远离巷帮,缓解矿压显现现象,切顶高度和切顶角度对巷道围岩控制有显著影响,切顶高度越大卸压效果越好,但当切顶高度达到一定程度后,继续增加切顶高度对应力降低影响不甚明显;切顶角度大时煤柱内的应力显著降低,切顶角度小时更利于优化巷道附近应力环境;马脊梁煤矿5015巷应用二氧化碳致裂技术切顶卸压,顶底板移近量、两帮变形量、支承压力峰值较未切顶时分别降低22.6%、28.7%、21.8%,显著改善了巷道的应力环境,减小了围岩变形量,有助于解决强矿压显现问题。

二氧化碳致裂技术在建筑基础土石方开挖中的应用

为进一步提高建筑基础土石方开挖技术,丰富基础土石方开挖方法,本文从理论和工程实际应用角度分析了二氧化碳致裂方法在建筑基础土石方开挖中的应用,所得结论如下:(1)采用Spen & Wagner状态方程分析得到二氧化碳致裂法单次爆破作业的TNT当量约为0.588Kg,同时根据岩土体的突然损伤模型分析表明二氧化碳致裂法所产生的裂隙情走向完全能够适用于建筑基础土石方开挖工作;(2)通过对工程案例的分析进一步表明二氧化碳之列方法较传统岩石爆破方法具有安全性高、工作可靠、爆破能量可控、爆破效果好以及石块成块率高、粉尘和飞石极少等优点。本文研究内容对于后续建筑基础土石方开挖工作的开展提供了全新思路。

二氧化碳致裂爆破技术在石方开挖中的应用

通过对二氧化碳致裂爆破技术原理及施工工艺的介绍,结合实际工程中的施工应用,印证了该技术在岩体破碎、石方开挖施工中安全性高、环保性好、能量可控、操作简便、成本低等多种优势,同时为建筑工程岩层基础开挖、市政道路路基石方破碎、高速公路、铁路工程路堑石方开挖等提供施工参考。

二氧化碳致裂技术在金佳煤矿212运输石门揭煤过程中的应用

针对金佳煤矿212运输石门揭煤工程量大、成本高、瓦斯抽采时间长等问题,采用现场试验并结合理论分析的方法,优化金佳煤矿石门揭煤瓦斯抽采钻孔的布孔方式和治理工艺。研究表明:在金佳煤矿212运输石门揭煤过程中实施CO_2致裂煤层技术后,煤体的弹性潜能得到有效释放,有效消除了煤与瓦斯突出的应力;致裂有效半径提高至6 m,石门揭煤时间缩短至75 d,实现了掘进工作面安全高效开采的目标。

二氧化碳致裂装置的研究

本文研究了二氧化碳致裂装置的结构以及在施工过程中的一些细节问题。

基于最小自由能原理的二氧化碳致裂器发热材料危险性研究

二氧化碳致裂器可以突破炸药爆破的部分局限性,从而得到广泛应用,其使用的将液态二氧化碳迅速气化的发热材料,在生产和运输过程中存在一定危险性,很有必要定量研究材料的危险性,为安全生产监管提供参考。以三类二氧化碳致裂器发热材料和黑火药、高氯酸铵为研究对象,基于最小自由能原理,建立热力学平衡态模型,计算、比较其爆轰参数,结果表明:1~#材料产热量大,爆炸威力小,甚至难以维持稳定的爆轰,因而具有较好的安全性;2~#、3~#材料性质相仿,爆炸威力大于黑火药和高氯酸铵。

一次性二氧化碳致裂器筒体刻槽有限元分析

研究一次性二氧化碳致裂器筒体刻槽参数优化问题。针对传统的可重复使用的二氧化碳致裂器存在的故障率高和回收困难等问题,在刻槽型爆破片的研究基础上,利用ANSYSW orkbench非线性有限元法,计算筒体的塑性极限内压,并且对筒体刻槽的形状、深度、宽度、长度等参数进行深人分析,并通过实验验证了仿真结果。结果表明,刻槽深度是决定筒体塑性极限内压的最主要因素,刻槽长度和刻槽宽度对塑性极限内压的影响可以忽略;三种槽形状下的应力集中系数相差不大,切削量是导致极限内压值差异的主要原因。

高海拔地区工程项目应用二氧化碳致裂技术浅析

二氧化碳致裂技术是国际上一种理念先进、方法安全、效果显著的新型爆破技术,在国内外大多应用于矿山爆破、锅炉清堵、建筑物拆除等方面,特别是在煤矿瓦斯层抽采中具有较大的应用价值,近年来在一些工程项目的受限空间如边坡、地铁等开挖中得到较多应用,但在高海拔寒冷地区还并无应用先例。文章就施工的高海拔寒冷地区某工程项目,采用二氧化碳致裂技术对高边坡、隧洞和水下开挖作业的应用成果进行总结,值得借鉴。

二氧化碳致裂技术在地铁基坑开挖中的应用

随着我国经济的飞速发展,地铁建设如火如荼,建设规模越来越大,周边环境也越来越复杂,管理要求越来越严格,地铁基坑爆破施工受到的制约因素越来越多,普通非爆方法效率低不能满足大方量坚硬岩体开挖的进度要求,二氧化碳致裂技术安全性高、灵活性强且施工效率高,特殊环境下的地铁硬岩基坑开挖可以借鉴使用。

二氧化碳致裂对煤岩孔隙表面分形特征影响实验研究

为了探究二氧化碳致裂对贵州高瓦斯低渗透煤层的孔隙致裂增透作用,提出了应用低温氮吸附与FHH模型相结合的方法,分析致裂前后煤样的微观孔隙特征变化,并将分形维数与孔隙特征参数结合。研究结果表明:二氧化碳致裂对煤的孔隙具有明显的作用效果,致裂后煤岩体中微孔含量、比表面积减少,而孔容、平均孔直径增加;致裂作用会使煤的分形维数减小,孔隙表面受致裂效果会趋于光滑;受二氧化碳致裂作用,分形维数的大小与平均孔直径、孔容和吸附量等存在负相关关系,与比表面积、微孔含量等呈正相关关系。

二氧化碳致裂器在岩石中深孔预裂爆破中的应用研究

二氧化碳致裂器具有施工安全、操作简单等明显的优点,由于其能量释放嘴的限制,在岩石爆破中受到一定的局限。归纳分析了当今二氧化碳致裂器释放嘴结构状况,采用大型分析软件模拟分析了释放嘴,提出了喷嘴适合边坡预裂爆破的结构形式是锥形,进口宽度为40 mm,出口宽度为20 mm,长度为18 mm,收缩角约30°释放嘴优化结构形式和合理参数,喷嘴形状应为长条矩形状,沿致裂器两侧竖向线等距排列的布置,并在实际工程中试用效果良好。

液态二氧化碳致裂增透技术在下沟煤矿的应用

为解决下沟煤矿ZF302工作面绝对瓦斯涌出量大、瓦斯预抽时间短等问题,论证二氧化碳致裂技术在该矿的适用性,采用现场试验和理论分析的方法讨论了二氧化碳致裂对该工作面瓦斯预抽增透效果。经试验分析得出了二氧化碳致裂技术在ZF302工作面瓦斯预抽增透影响极限半径为12 m。结合分组试验结果确定了ZF302工作面二氧化碳致裂增透钻孔的最佳间距为8m,在致裂增透试验区域,瓦斯预抽钻孔在一个月内平均抽采量增加了约150%。研究表明:液态二氧化碳致裂增透技术在该矿的应用取得了一定的成效,分析结果可为该矿工作面瓦斯预抽增透提供科学依据。

二氧化碳致裂对煤孔隙结构影响的试验研究

为了定量表征二氧化碳致裂对煤岩孔隙结构的作用影响,以大运煤矿M8煤层作为研究对象开展二氧化碳致裂研究,基于压汞法和电镜扫描试验对4组煤样进行试验并结合分形特征对致裂前后煤样进行分析。结果表明:二氧化碳致裂对煤孔隙有着明显的作用效果,压汞试验结果表现为煤样的孔容、平均孔直径、孔隙率都有所增加,会使孔隙比表面积在接近致裂孔1 m左右范围增加,然后随距致裂冲击的传播致裂效果会减弱;将4组煤样按压汞试验与电镜扫描试验分别计算其分形维数,致裂后分形维数均小于原煤分形维数,4组煤样分形维数由小到大为1#<2#<3#<YM,说明二氧化碳致裂有助于促进煤样内部孔隙结构发育及孔隙之间的连通性。

二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术

针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、预抽效率低的问题,研发出二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术,通过理论分析、现场试验和数值模拟研究发现：采用二氧化碳致裂器在煤层中进行深孔预裂爆破,可促进煤层孔隙系统发育,提高煤层的透气性,达到强化抽采瓦斯的目的。贝勒煤矿井下试验结果显示,致裂后钻孔瓦斯流量增大3.8~6.7倍,钻孔瓦斯流量衰减系数由0.691 1 d-1降为0.052 8 d-1,煤层透气性系数提高26倍,预裂影响半径达4.5~5.7 m,在很大程度上改善了矿井瓦斯治理的效果,降低了瓦斯治理的经济成本,确保了煤矿采掘接替和安全生产。

二氧化碳致裂器研制与应用

介绍一种用于煤矿煤层预裂增透强化抽采、强制放顶、落煤及煤仓清堵的设备——二氧化碳致裂器的基本结构、工作原理、特点及现场应用情况。

二氧化碳致裂器相变流场有限元分析

本文主要研究二氧化碳致裂器相变流场问题。在现有致裂器结构的基础上,借鉴前人对液化气体储罐的研究,利用Fluent流体仿真软件,选用标准k-ε湍流模型和VOF多相流模型,通过用户自定义函数来定义相变,建立有限元仿真模型。通过仿真得到致裂器内压力与气相体积分数的时间响应曲线,发现升压速率随时间逐渐升高,相变速率随时间逐渐降低。

基于水力割缝与二氧化碳致裂的煤层增透技术研究

针对单一煤层增透技术手段的局限性,提出了气液两相综合作用煤层增透技术,含二氧化碳致裂增透技术和水力割缝增透技术。对气液两相综合增透技术原理和工艺进行了研究,确定了水力割缝工艺的低压钻进、高压割缝工艺以及二氧化碳致裂工艺,设计了气液两相综合增透效果考察现场试验方案。现场试验结果表明:采用气液两相综合增透后,瓦斯抽采平均混合量达到12.80 m3/min,是增透之前平均混合量的9.41倍,瓦斯抽采平均纯量达到9.53 m3/min,是增透之前平均瓦斯纯量的14.44倍;且气液两相综合增透后的瓦斯抽采效果均远高于采用单一增透技术的瓦斯抽采效果,气液两相综合作用增透技术为煤层增透提供了一种新的技术手段。

二氧化碳致裂器快速充装系统的研制

为了提高二氧化碳致裂器充装效率,研制出二氧化碳致裂器快速充装系统,合理地设计充装系统结构,通过PLC程序控制器,对充装管路的液态二氧化碳的压力、充装重量、充装泵的环境温度进行自动化控制,提高了充装质量,保障二氧化碳致裂器快速充装系统安全可靠的工作。

二氧化碳致裂器激发药剂爆炸性分类的研究

作为一种非炸药类爆破工具,二氧化碳致裂器在生产、运输和使用过程中的安全性一直是爆破行业和公安管理部门关注的焦点。以二氧化碳致裂器中发热管装的药剂为研究对象,通过隔板试验、克南试验和时间/压力试验等对含高氯酸钾、草酸铵、水杨酸配方的发热管药剂性质开展研究。研究结果表明:按照联合国关于危险货物分级程序,该种常见的二氧化碳致裂器发热管药剂可以定性为爆炸性物质;但该药剂足够钝感,可不划为爆炸品。

二氧化碳致裂器泄能关键参数研究

为致裂器爆破能达到最佳的效果,开展了准静态强度测试、动态爆破致裂试验,分析了二氧化碳致裂器泄放压力与定压剪切片厚度、发热材料用量和液态二氧化碳充装量之间的关系,并得出了泄放压力模型;通过压力的计算分析和三维流体模拟,分析出泄能口的最优布置方式。试验结果表明:定压剪切片厚度为3 mm时,准静态抗剪强度为130 MPa,合理的发热材料用量为113 g,泄放压力峰值约为185 MPa;厚度为4 mm时,准静态抗剪强度为220 MPa,合理的发热材料用量为163 g,泄放压力峰值约为263 MPa;在保证整体刚度和使用寿命前提下,尽量减小泄能通道长度,增大孔直径,断面面积与定压剪切片破断面积相同,腔内壁光滑,泄能口倾角75°为宜。