底板装药爆破在煤层增透中的应用

摘要

我国是能源消耗大国，其中煤炭在能源结构中占有很大部分，随着煤炭开采深度的增加，特别是两淮地区煤矿开采深度的逐渐增加，其埋深与透气性成反比，导致煤层开采过程中的瓦斯突出危险性加大。如何消除煤与瓦斯突出已成为了一项重要的研究课题。近年来，深孔预裂爆破在煤与瓦斯突出危险煤层增透中进行了推广应用，如煤层顺层增透、井筒揭煤等，但在穿层增透爆破装药位置对煤层增透效果的影响，还没有进行深入研究。
　　本文通过实验室实验、数值模拟与现场试验相结合，分别对煤层以及煤层底板装药对煤层透气性进行了分析。结果表明，在煤层中装药，爆破扰动半径较小，增透持续时间较短，且装药困难;在煤层底板中装药，由于煤层底板岩层钻孔成孔性好，装药方便，爆破扰动半径较大，且底板岩石裂缝不易闭合，在煤岩界面的裂缝相互贯通，增透持续时间较长。本课题对低透气高瓦斯煤层增透的装药设计具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 煤层瓦斯赋存特点

1．1．2 瓦斯的危险性

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究的主要内容及工作

1．3．1 存在的问题

1．3．2 研究内容

2 深孔预裂爆破基本理论

2．1 深孔预裂爆破原理

2．2 岩石爆破破碎机理

2．2．1 爆生气体破裂理论

2．2．2 冲击破破裂理论

2．2．3 综合作用理论

2．3 岩土中的爆炸理论

2．3．1 无限和均匀介质中的爆炸

2．3．2 有限和均匀介质中的爆炸

3 底板装药爆破相似模拟实验

3．1 基本原理及条件

3．2 爆破实验相似准则及相似常数的确定

3．3 实验装置及材料

3．3．1 实验装置

3．3．2 实验材料的选取

3．4 实验方案及模型制作

3．4．1 药包的设计

3．4．2 有机玻璃中和底板装药

3．5 实验结果和分析

3．5．1 爆破后模型对比

3．5．2 结果分析

3．6 本章小结

4 深孔爆破数值模拟

4．1 ANSYS／LS-DYNA模拟软件介绍

4．2 数值模拟理论基础

4．2．1 动力方程

4．2．2 质点运动方程

4．2．3 质量守恒定理

4．2．4 能量守恒定理

4．2．5 虚功方程动量方程

4．2．6 沙漏粘性控制

4．2．7 人工体积粘性控制

4．2．8 时间步长控制

4．2．9 单元模型

4．2．10 材料模型

4．2．11 边界条件

4．2．12 无反射边界

4．3 建立数值模型

4．3．1 模型的设计原则

4．3．2 模型的建立

4．3．3 计算模型的力学参数

4．4 模拟结果分析

5 底板装药爆破扰动下煤层增透现场试验

5．1 底板装药深孔预裂爆破增透技术设计参数

5．1．1 炮孔角度

5．1．2 炮眼深度

5．1．3 炮眼间排距

5．2 现场试验及施工工艺

5．2．1 巷道基本情况

5．2．2 邻近采掘情况

5．2．3 煤层赋存及顶底板岩性

5．2．4 地质构造

5．2．5 预揭煤层控制程度

5．2．6 瓦斯地质资料

5．2．7 水文地质特征

5．2．8 实施方案

5．3 效果考察分析

5．4 结果分析

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文情况