二氧化碳致裂技术及在煤矿安全生产中的应用研究

摘要

二氧化碳致裂技术是一种利用气体相变原理致裂爆破的方法，具有致裂过程不产生火花，致裂威力可控，储存与运输安全和操作便捷等诸多优点。煤科集团沈阳研究院有限公司通过对该项技术和产品的研发与改进，在不同矿区进行了大量现场试验，尝试探寻该技术在煤矿安全生产的不同领域中的应用，以便更好服务于矿井生产。
　　本文首先对二氧化碳致裂技术、致裂原理、爆破机理进行了分析。认为二氧化碳致裂的本质是通过高压气体和应力波的共同作用对煤（岩）体进行破坏，产生裂隙和位移。根据岩石力学和气体爆破等理论尝试运用数值模拟推算致裂过程中的裂隙发育情况及其影响范围，为现场应用提供理论参考。其次，系统地介绍二氧化碳致裂设备产品构造、功能、型号参数及灌装加注和爆破工艺流程，归纳总结了二氧化碳致裂技术特点以及在应用中注意事项。
　　随后，对二氧化碳深孔预裂爆破在低透气性煤层增透和巷道快速掘进增透消突领域的应用进行了研究。在低透气性煤层中采用爆破钻孔和抽采观察钻孔交叉布置的方法，预裂爆破后巷道煤壁和爆破孔内形成明显裂隙，对比致裂前后瓦斯抽采浓度及纯量提高效果明显。在煤巷掘进工作面采取条带式钻孔深孔预裂爆破和预抽相结合的方法进行消突，实施后钻孔内瓦斯浓度提高2～3倍，爆破前掘进期间回风流瓦斯浓度为0.78％，爆破后经预抽瓦斯，掘进期间回风流瓦斯浓度为0.28％，掘进预抽期缩短一半以上。
　　在矿井煤（岩）体松动与破碎应用中，包括落煤、处理底鼓、过工作面断层、大块矸石处理等领域，自由面状况、煤（岩）体硬度和节理发育程度、钻孔参数、地质条件等因素对应用效果影响较大。在落煤生产中，单孔爆破落煤1.5t～3t，块煤率在80％左右，垮落煤块在1m～3m范围内;岩石松动和破碎中，自由面状况较差时，可适当调整钻孔参数营造自由面，为岩体松动位移提供空间。钻孔布置孔间距在0.8m～2.5m，钻孔角度30°～60°，更易于破碎和裂隙延伸。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题意义

1．2 研究现状

1．2．1 二氧化碳致裂技术国内外研究现状

1．2．2 深孔预裂爆破研究现状

1．2．3 煤(岩)体松动和破碎研究现状

1．3 研究内容和方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 论文创新点

第2章 二氧化碳致裂技术研究

2．1 二氧化碳致裂技术介绍

2．2 二氧化碳致裂基本原理

2．3 二氧化碳致裂裂隙分析

2．4 影响致裂效果的因素分析

2．4．1 设备装置方面影响因子

2．4．2 现场应用方面影响因子

2．5 本章小结

3．1 产品设备

3．1．1 致裂装置

3．1．2 充装装置

3．1．3 产品规格参数

3．2 工艺流程

3．2．1 二氧化碳致裂器加注灌装

3．2．2 爆破阶段

3．3 技术特点

3．4 适用条件

3．5 本章小结

第4章 二氧化碳致裂在煤矿中的应用

4．1 低透气性煤层增透中的应用

4．1．1 矿井概况

4．1．2 煤层瓦斯基础参数

4．1．3 方案设计

4．1．4 试验效果

4．2 巷道掘进消突中的应用

4．2．1 矿井概况

4．2．2 主要研究内容、目标

4．2．3 实施方案

4．2．4 抽采效果考察

4．3 煤(岩)体致裂与破碎现场应用

4．3．1 综述

4．3．2 薄煤层松动开采

4．3．3 巷道底鼓处理和修复

4．3．4 工作面夹矸、断层和其他方面应用

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果