低透气性高瓦斯煤层深孔预裂爆破渗透演化机制研究

瓦斯抽采是控制瓦斯事故的治本之策，而煤层渗透性难易程度是影响煤层瓦斯抽采效果的关键因素之一。本项目利用改装后的煤与瓦斯实体装置模型，在具有三维液压加载系统的实体煤体中布置应力仪、应变仪以及精位仪等探测器及测试系统，运用能量法建立煤体动态损伤模型，研究深孔预裂爆破瞬间爆破载荷对煤体损伤、破碎的演化规律和爆破后期煤体地应力、瓦斯压力对煤体裂隙进一步发育作用机制，探索爆破载荷、煤体应力、瓦斯压力与煤体渗透性程度相互之间的相互关系。该研究涉及爆破力学、固体力学，流变动力学、流体力学、微量测量原理等理论问题，成果可指导低透气性高瓦斯煤层瓦斯治理抽采钻孔布置参数的设计和抽采效果的评价。

低透气性高瓦斯煤层随着煤层开采深度的不断增加，地应力和瓦斯压力不断增大，煤层透气性随之降低，瓦斯抽采效率下降，瓦斯治理难度随之增加，进而影响了煤矿的安全高效生产。瓦斯抽采是控制瓦斯事故的治本之策，而煤层渗透性大小是影响煤层瓦斯抽采效果的关键因素之一。在此基础上，本课题对低透气性高瓦斯煤层深孔预裂爆破卸压增透理论及技术开展了研究。 课题通过理论分析，研究了深孔预裂爆破技术对低透气性高瓦斯煤层增透效应和促进煤层瓦斯抽采、防止煤与瓦斯突出的作用机理，并利用煤与瓦斯实体装置模型，在实体煤岩体中布置应力仪、应变测试仪，结合数据采集系统、精位仪、高速成像仪以及声发射等测试装置及系统，运用能量法建立了煤体动态损伤模型，系统分析了深孔预裂爆破瞬间爆破载荷对煤体损伤、破碎的演化规律和爆破后期煤体地应力、瓦斯压力对煤体裂隙进一步发育作用机制，探索爆破载荷、煤体应力、瓦斯压力与煤体渗透性程度相互之间的相互关系。 同时利用非线性有限元程序LS-DYNA软件，模拟分析在爆轰荷载作用下，爆轰应力波在不同力学特性参数岩煤体中传播和衰减特性，以及煤岩体应力、应变变化规律，从而分析煤岩体裂隙发育特征，得出煤岩体卸压增透范围。 该研究涉及爆破力学、固体力学，流变动力学、流体力学、微量测量原理等理论问题，其研究成果在低透气性高瓦斯煤层石门揭煤中卸压增透以缩短揭煤时间，条带煤体预抽瓦斯以提高抽采效率和巨厚煤层预裂放顶以提高煤炭回采率等方面都得到了广泛的应用，取得了良好的经济效益和社会效益。