Numerical simulation and experiment analysis of improving permeability by deep-hole presplitting explosion in high gassy and low permeability coal seam

Created a new damage model for explosive for LS-DYNA3D,taking advantageof the Taylor method aimed at the high gassy and low permeability coal seam,and numericallysimulated and analyzed the deep-hole presplitting explosion.The entire processof explosion was represented,including cracks caused by dynamic pressure,transmissionand vibration superposition of stress waves,as well as cracks growth driven by gas generatedby explosion.The influence of the cracks generated in the process of explosion andthe performance of improving permeability caused by the difference of interval between.explosive holes were analyzed.A reasonable interval between explosive holes of deepholepresplitting explosions in high gassy and low permeability coal seams was proposed,and the resolution of gas drainage in high gassy and low permeability coal seam was putforward.

综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术

工程实践表明,顶板事故在煤矿各类事故中占首要位置,已严重制约了我国现代化矿井安全高效开采。为了实现煤矿综采面坚硬顶板的安全治理,亟需形成综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术以有效解决因工作面大空间坚硬顶板垮落而影响安全生产的重大难题。基于此,通过自主创新和联合攻关,面向深部矿井坚硬顶板,开展了综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危技术研究;研发了高威力三级煤矿许用水胶炸药、填塞材料等技术与装备,形成了成熟的深孔爆破工艺,突破了厚硬顶板爆破中煤矿许用炸药威力与安全度的矛盾,解决了超深孔爆破中炸药可靠起爆等技术瓶颈问题;通过构建大空间采场覆岩-支架-围岩系统力学模型,揭示了采场大小周期来压及强矿压作用机理,提出了大空间采场厚硬覆岩多层位精准定位爆破弱化控制原理和基于爆破损伤的综采工作面厚硬顶板深孔爆破参数设计方法,形成了综采工作面厚硬顶板超前深孔卸压控制技术。研究成果在全国近百个综采面进行工程应用,未发生一起顶板事故,避免了综采面厚硬顶板发生压架、形成飓风、矿震等重大安全事故的风险,保障了综采面的安全高效生产,为综采面坚硬顶板远场解危的设计提供了理论依据并为现场施工提供了指导作用。

预裂爆破震动效应试验研究

为研究预裂爆破震动效应,在山东石岛湾核电站基坑进行多次爆破和声波测试试验,得到场地爆破震动衰减规律和爆孔下卧基岩的损伤范围。试验结果表明,岩性相同时,基岩损伤深度随最大段药量的增加而线性增加,随质点峰值震动速度增加而呈指数增加;离爆源越近,岩体受损程度越大;预裂爆破对爆孔上部岩体影响较大。同时,在试验的基础上,建立距爆源30 m处质点峰值震动速度与对应爆破影响下卧基岩深度的函数关系,进而确定以质点峰值震动速度为参考指标的预裂爆破安全控制标准,并在基坑边坡爆破中验证该控制标准的有效性。

煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔爆破中的研究与应用

针对高瓦斯低透气性煤层,从理论上探讨了煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔中爆破时,炸药爆炸冲击波初始峰值压力和传播到孔壁处的入射压力以及孔壁煤面上的透射冲击压力。建立了炮孔周围煤体中的动态应力场,分析了爆源区径向裂隙区的形成和扩展半径。最后将裂隙区半径应用于煤层爆破孔和抽采孔布置参数设计,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破孔和瓦斯抽采孔的合理间距,并进行工程实践。结果表明该方法为高瓦斯低透气性煤层增透,进而为解决煤层瓦斯抽采提供了一条有效的解决方案。

水胶药柱深孔预裂爆破弱化综采面硬岩断层分析

针对采煤工作面开采路径中存在坚硬岩石断层、采煤机直接破碎岩石效率较低的问题,采用自制远距离传爆水胶药柱,通过数值模拟分析,设计合理的爆破参数,进行深孔预裂爆破。结果表明,该药柱远距离传爆性能可靠,当爆破孔孔径为75mm,装药直径为63mm时,破碎半径为0.4～0.5m,裂隙半径为0.5～1.0m。当相邻两炮孔之间的距离为1.6～2.2m时,深孔爆破后岩石中的损伤裂纹扩展,达到了采煤机破碎岩石的要求,为综采工作面顺利通过硬岩断层提供了保证。

高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟

针对高瓦斯低透气性煤层,采用Taylor方法建立了一个新的LS-DYNA3D爆破损伤模型,对深孔预裂爆破进行了数值模拟研究,再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加以及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,分析了爆破孔间距对爆生裂纹和爆破增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距为5-6 m,为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放提出了解决方案.

预裂爆破中炮孔压力变化历程的理论分析

分析预裂爆破过程中，对于炮孔堵塞物的轴向一维运动；炮孔空腔的动力膨胀运动；炮孔周边裂纹的动态扩展与爆生气体的渗入；以及炮孔堵塞物可能从孔口冲出后出现的敞孔孔口喷流等诸因素，结合炮孔内爆生气体的状态方程，从理论上来确定预裂爆破过程中炮孔压力随时间的变化历程，并提出理论计算得到的炮孔压力在工程应用中的修正方法。计算与修正全过程编成程序由电算完成。分析与计算表明，从理论上确定炮孔压力变化历程的方法是可行的。

煤层深孔预裂爆破卸压增透效果数值模拟分析

针对高瓦斯低透气性煤层,对深孔预裂爆破进行了数值模拟分析研究。再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加以及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,系统地分析了控制孔与爆破孔对于爆破卸压增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采效率提出了解决方案。深孔预裂爆破为高瓦斯低透气性煤层增透、进而解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题提供了一条有效的途径。

基于UDEC煤体深孔预裂控制爆破数值模拟研究

通过定义煤体爆破损伤本构模型,利用fish语言编写计算代码,选择高斯脉冲函数作为爆炸波输入动力荷载,设置静态边界条件和对称边界条件,划分有限差分网格,建立了UDEC煤体深孔预裂控制爆破损伤模型,分析了煤体中距炮孔不同距离处爆炸应力波传播规律以及煤体爆破损伤区的扩展过程。研究结果表明:煤体中爆炸应力波随径向裂隙的扩展呈非线性指数衰减;煤体爆破损伤的最大损伤半径为3 m,且炸药起爆至煤体损伤破坏时间很短,大约为5.11 ms;煤体深孔预裂控制爆破最优炮孔间距为6 m。

煤层预裂爆破复合型宏观裂纹扩展的断裂理论分析

以断裂力学理论为基础,分析了煤层宏观裂纹所处的应力场分布特性和应力强度因子,按照最大周向应力原理确定了裂纹扩展方向、断裂准则和扩展长度。结合工程应用实际情况,得出了爆破孔周围宏观裂纹扩展的最大长度和最小长度。

近浅埋煤层老顶初次垮落规律及控顶措施

以榆阳煤矿2302工作面的开采实践为工程背景,利用"板"和"梁"2种力学模型对近浅埋煤层条件下的老顶初次来压步距进行了分析和计算。结合老顶实际垮落步距确定出适合近浅埋地质条件下的力学模型,并计算了"板"力学模型在不同边界条件下初次来压步距。为了解决老顶初次来压步距过大的问题,根据采场处于不同边界条件下初次来压步距的特点,提出了采用深孔预裂爆破和区段煤柱宽度缩小的方法,使采场处于"两边固支两边简支"的受力状态,以减小初次来压步距,保证初采初放期间工作面顶板安全。

露天矿预裂爆破参数的理论分析

根据岩石力学、爆炸力学和弹性力学的理论，通过分析研究，得出了预裂爆破设计的基本参数计算公式，可作为矿山预裂爆破设计的主要参数依据。

煤层深孔预裂爆破耦合装药系数对爆生应力波能量的影响研究

针对煤层深孔预裂爆破爆生应力波能量弱、信噪比低的现状，为了给爆孔的装药结构提出合理的改进方案，本文建立了耦合和不耦合装药情况下爆孔孔壁爆炸载荷和透射波能量的计算模型，并利用Matlab软件获得了解析解。同时在淮南矿业集团潘三矿进行了耦合装药系数ξ对爆生应力波能量影响的现场实验，利用改进的基于功率谱的能量分析法对现场实验数据进行分析。理论数值计算及现场实验均表明：应力波总能量随ξ增大而减小；当ξ=1.5时，应力波信号在10-50Hz区间的低频能量最强，信噪比最高，增透效果最佳。

预裂爆破参数的一种计算方法

在现场测试研究预裂爆破机理的基础上,提出了干孔、水孔预裂爆破参数的一种计算方法,并已在若干爆破工程中采用。

露天铝土矿山预裂爆破效果综合分析及改进设想

对传统大直径垂直深孔预裂爆破方法的爆破效果进行了综合分析,指出该方法存在的问题,并提出了用小直径带缓冲孔的倾斜深孔预裂爆破工艺来解决传统预裂爆破方法存在的问题。

平顶山矿区煤与瓦斯突出规律及防治对策

分析了平顶山矿区煤与瓦斯突出规律,对防突措施进行了反思,指出了低透高突煤层超前排放防突措施的局限性,以及深孔控制卸压爆破防突措施的应用前景。

孔口爆破预裂增抽瓦斯技术的现场应用

我国低透气性高瓦斯煤层普遍存在,为提高我国煤层透气性系数以实现瓦斯增抽的目的,将孔口爆破预裂技术应用于上社煤矿15103工作面,通过现场试验及对比试验,验证了本煤层孔口爆破预裂增抽瓦斯的有效性。并通过对爆破试验增加缓冲装置的办法,减小了爆破产生的冲击波,减弱了冲击波对孔边煤壁的破坏作用,从而优化了爆破工艺,同时满足了瓦斯增抽的实际需要。试验结果表明,当在孔内填充的三级乳化炸药的装药量为0.8~1kg时,对孔口处加装防护炮管进行爆破试验,试验后的瓦斯抽放情况比原始值改进很多,抽放负压下降,抽放量和抽放的瓦斯纯量都大幅增加,瓦斯浓度也大幅提高,抽放半径由原来的1.5m增加到3m。

预裂爆破在水布垭枢纽趾板开挖中的应用

趾板开挖采用预裂控制爆破技术,通过搭设钻机作业的钢管架和间隔不耦合装药结构,严格控制钻孔方向、倾度和单孔装药量,避免了建基面出现欠挖和超挖量过大现象,预裂缝的形成降低了爆破震动影响,经爆破后检查,岩体完整性良好,无爆破裂隙,坡面不平整度均小于15cm,残留炮孔痕迹分布均匀,保存率超过85%,爆破效果良好,确保了趾板开挖质量优良,提高了经济效益。

深孔预裂爆破装药量计算方法及水耦合装药结构优化

岩体内爆破裂隙的发育程度与装药参数密切相关。针对现有装药量计算方法在深孔预裂爆破应用中适用性差的问题,通过建立柱状装药简化计算模型,基于体积法计算原则,提出了一种深孔预裂爆破装药量计算方法,并分析了水压爆破作用机理,对深孔预裂水耦合爆破装药结构进行优化,解决了深孔封堵劳动量大、含水地层封堵困难、炸药拒爆等不易处理的难题。采用上述研究成果,在新驿煤矿硬岩巷道开展了综掘硬岩深孔预裂爆破现场试验,借助钻孔成像仪及声波测试仪进行爆破效果检测。结果表明:爆破后孔内岩石大量裂隙增加,岩石完整性下降,封堵段岩石完整性系数下降至0.3~0.5,装药段下降至0.1,综掘机推进过程中爆破区域推进速度增加,验证了装药量计算方法及装药结构的优越性。

低透气煤层双孔预裂爆破增透有效影响范围研究

煤层深孔预裂爆破增透技术能够显著提高低透气性煤层瓦斯的抽采效率。研究双孔不同间距、不同装药结构爆破增透对煤体破坏范围的影响对提高瓦斯抽采率具有重要意义。以新安煤矿二1煤层为研究对象,采用数值模拟的研究方法研究了双孔连续爆破应力波的传播过程及对煤层影响的范围。研究结果表明:煤体双孔连续爆破模型,不耦合装药粉碎圈半径小于耦合装药,裂隙圈半径大于耦合装药,有利于爆破应力波传播及裂纹扩展,裂纹密度均匀;采用耦合装药结构和不耦合结构,分别对炮孔间距为4m、6m和8m的两孔连续起爆模拟结果和现场验证比较,确定新安煤矿二1煤层预裂爆破两爆破孔的合理间距为6m,不耦合装药系数1.25。