液态CO_(2)相变爆破孔网参数优化研究

为优化液态CO_(2)相变爆破钻孔布置参数,研究双孔同时起爆应力波的传播特征、控制孔对煤体裂隙扩展规律的影响,基于LS DYNA有限元软件模拟分析单孔爆破、双孔不同孔间距爆破及添加控制孔爆破的裂隙扩展特征,并在山西某矿15号煤层进行液态CO_(2)相变致裂现场试验。结果表明:液态CO_(2)单孔爆破的有效致裂半径为2.16 m;双孔爆破有效致裂半径为2.54 m,较单孔有效致裂半径提高了17.59%。随着炮孔间距的增大,两炮孔中间连线贯通区由完全贯通演化至非连续贯通,当孔间距为5 m时,致裂效果最好。含控制孔爆破较双孔爆破有效致裂半径提高了8.27%,控制孔主导了爆生主裂隙的定向扩展及孔壁环向裂隙的生成,裂隙扩展速度和影响范围均有显著增加。液态CO_(2)相变致裂后,平均瓦斯抽采体积分数提高了2.68倍,平均瓦斯抽采流量提高了6.09倍。

液态CO_2相变爆破技术布孔参数优化研究

瓦斯抽采是防止瓦斯灾害最常用的技术手段之一,为了解决高瓦斯低渗透煤层抽采难、抽采效果不好的技术难题。采用液态CO_(2)相变爆破增透技术,通过理论分析、数值模拟计算、工业试验,研究了液态CO_(2)相变爆破增透技术致裂区裂纹扩展延伸规律,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件模拟分析了单孔爆破有效影响半径范围,研究了钻孔间距、致裂器间距及致裂器布置方式对致裂效果的影响,将模拟得到的抽采参数在三元煤矿1312采区进行瓦斯抽采试验,对比爆破前后的瓦斯涌出量及煤层透气性系数。研究结果表明:爆破后钻孔瓦斯涌出量衰减强度降低了77.3%,煤层透气性提高为原来的45倍。液态CO_(2)爆破钻孔布置参数优化后,可使煤层增透效果更佳,从而提高瓦斯的抽采效率,在高瓦斯低渗透煤层卸压增透方面起到了积极作用。

液态CO_2相变破岩桩井开挖技术

为研究液态CO_2相变破岩技术在硬岩桩井开挖中的可应用性,分析CO_2破岩原理,得出泄爆压力与释放能量、TNT当量的关系,进行CO_2破岩成井现场试验和振动监测。研究结果表明:适量的空孔可创造临空面,明显降低质点振动速度,增强破岩效果,但空孔过多会增加泄爆能量的耗散通道,弱化破岩效果或导致破岩失败;CO_2破岩振动波的持续时间短、衰减快、高频成分少,各分速度的主频带一般在100 Hz以下,主振频率集中在20 Hz左右;在半无限岩体中,CO_2破岩区域可分为压碎区和破裂区,压碎区直径为管径的3~4倍,破裂区直径为管径的10~15倍;CO_2破岩技术克服了传统炸药爆破的缺点,是一种高效的台阶破岩方法,还可有效应用于硬岩桩井开挖中,为类似工程岩体开挖提供了新思路。

液态CO_2相变破岩技术述评研究

作为物理破岩技术,液态CO_2相变致裂技术自研发以来,其应用由煤层增透逐渐扩展到岩体破裂,克服了炸药爆破破坏性大、危险性高的缺点,为岩体开挖提供了新的思路。随着CO_2相变破岩技术的发展,泄放能量不断提升,施工工艺不断进步,破岩效果不断增强。但其破岩过程及机理的研究刚起步,理论研究落后于工程实践,这在一定程度上制约该技术的进一步发展,制约其向深部地下工程扩展和大规模推广。本文针对液态CO_2相变破岩技术的起源、原理、应用和研究进展等方面进行介绍,并对上述科学问题及后续研究重点进行展望。

液态CO_(2)相变破岩时相邻天然气管道防护研究

在随州城市综合管廊基坑开挖工程中,保护相邻天然气管道不受到破坏十分关键。为此,首先开展乳化炸药和液态CO_(2)相变破岩的爆破漏斗试验。一方面基于FARO Focus~S 150型三维激光扫描仪和Split-Desktop 4.0软件对开挖后的漏斗形状和块度进行分析,另一方面基于NUBOX-8016型测振仪分析振动频率和峰值质点振动速度(PPV)的衰减规律,通过线性拟合方法获得适用于该工况的萨道夫斯基公式。其次使用拟合得到的萨道夫斯基公式理论计算相邻天然气管道的最小安全距离。最后基于LS-DYNA建立三维数值模型对理论结果进行验证。试验结果表明,单根DM95-2.5液态CO_(2)致裂管相变破岩产生的爆破漏斗直径和深度分别为1.14 m和0.59 m,爆堆块度主要分布在4~15 cm之间。液态CO_(2)致裂技术相比乳化炸药具有更强的破岩和改善块度均匀性的能力,此外在减灾方面具有更大的优势。数值模拟结果表明,根据拟合的萨道夫斯基公式确定液态CO_(2)相变爆破参数是可靠的。研究结果对于同类工程具有重要的参考价值。

斜沟煤矿液态CO_2相变致裂增透技术试验研究

为了提高斜沟煤矿的瓦斯抽采效率,提出采用液态CO_2预裂增透技术对原始煤体进行预裂爆破。研究结果表明:斜沟煤矿18205工作面爆破孔的合理间距为7 m;钻孔爆破后,预裂钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0.029 m^3/min·hm,相比于未预裂钻孔的百米钻孔瓦斯流量0.01 m^3/min·hm0.0613 m^3/min、而未预裂钻孔抽采量仅为0.023 m^3/min,预裂钻孔抽采量比未预裂钻孔抽采量提高了2.66倍。

亭南煤矿液态CO_2相变爆破强矿压解危技术

为了解决亭南煤矿206工作面回风巷煤柱的强矿压现象,采用研制的液态CO_2相变爆破设备进行卸压爆破。具体研究了206工作面回风巷强矿压现象规律,制定了206工作面回风巷卸压爆破方案与参数设计。爆破后,钻屑量降低至临界值以下,在深度2~6 m钻屑量平均值为2.45 kg/m,在深度7~10 m钻屑量平均值2.78 kg/m;煤体应力由20 MPa降低至15 MPa;每日微震事件平均能量降至3.5×10~4 J以下,卸压效果明显。