深部低透气性煤层上向穿层水力压裂强化增透技术

煤层气的长时间、高效抽采的是当前煤层气灾害治理与煤层气资源利用过程中亟需解决的问题。利用数值模拟实验与工程试验相结合的方法,系统地研究了井下底抽巷对目标煤层进行水力压裂强化增透技术。研究发现,水力压裂的裂隙扩展过程经历了能量与应力累积、微裂隙产生、局部压裂损伤、煤体抵抗失效与裂隙迅速拓展以及压裂水能量再蓄集再扩张循环5个阶段,水力压裂产生了大量的裂隙,再加上顶底板碎胀作用而使煤层卸压,使得煤体透气性大幅提高。水力压裂工程试验验证了压裂水的运移轨迹,与数值模拟与分析结果相吻合,实现了大范围增透和长时效的煤层气抽采,从而为深部低透气性煤层强化增透和煤层气高效抽采提供了技术保障。

爆轰应力波在高瓦斯煤层中的传播和衰减特性

深孔预裂爆破技术是高瓦斯低透气性煤层强化增透瓦斯抽采的重要途径之一。以连续介质力学为基础,建立了煤体在爆轰荷载作用下动态损伤本构模型,并将此模型嵌入非线性有限元程序LS-DYNA中,对爆轰应力波在不同弹性模量煤体中传播和衰减特性进行了数值模拟;通过对现场深孔预裂爆破专用药柱爆炸引起的爆破振动进行监测,获得了爆轰应力波在高瓦斯煤层中的传播和衰减特性,爆轰实验结果与模拟结果基本吻合,验证了所建立本构模型的合理性与正确性。研究表明:在传播距离小于4.8 m时,爆轰应力波具有较高的峰值,并迅速衰减,在传播距离大于约4.8 m以后,爆轰应力波峰值较低且衰减幅度逐渐趋于平缓。

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。

耦合装药特性对深孔预裂爆破应力波能量衰减的影响

针对利用深孔预裂爆破技术对低透气性煤层进行强化增透过程中爆生应力波能量弱、衰减快、信噪比低的现状,对爆破孔装药结构提出了改进方案,建立了耦合装药对爆破孔孔壁透射波能量和爆炸载荷影响特性的数值计算模型,利用Matlab编程技术对此数值计算模型进行了计算并获得解析解。在淮南矿业集团顾桥矿进行了爆生应力波能量受耦合装药系数ξ变化的影响特性的现场实验,对基于功率谱的能量分析法进行了改进,并利用此分析法对实验数据进行分析。数值计算和现场实验均表明:随ξ的增大应力波总能量反而减小;当ξ为1.5时,应力波信号在10~50 Hz频段的能量最强,且信噪比也最高。因而在爆破增透实施过程中应将耦合装药系数ξ设计为1.5左右,从而获得最佳的增透半径和增透效果。