氣體爆破原理介紹

二氧化碳爆破設備應用於高瓦絲煤巷CO2二氧化碳氣體爆破的設計方法，針對CO2二氧化碳爆破設備產生裂隙的無方向性，提出了定向CO2二氧化碳爆破設備技術，即在CO2爆破管提前開楔形槽，人為控製裂隙擴展方向。對比非定向二氧化碳爆破設備技術，采用數值模擬技術，發現定向二氧化碳爆破設備後，在二氧化碳爆破設備孔周形成了較為均勻的裂隙分布範圍。且裂隙分布基本沿掘進煤層掘進方向，煤層頂板裂隙分布較小，很好地保證了巷道的穩定性。

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應用於高瓦絲煤巷CO2二氧化碳氣體爆破的設計方法，設計方法包括以下步驟：確定預裂技術的相關設計參數，其中預裂孔設有用以實現定向預裂的楔形槽；根據所述預裂技術的相關設計參數，對煤體的定向CO2預裂增透過程進行數值模擬，其中，在進行定向CO2二氧化碳爆破設備模擬過程中，將煤體的預裂增透過程視為二維問題，建立平麵應變力學模型，根據測量結果確定模型的邊界條件；根據爆破管定向壓裂的所述數值模擬果，獲取壓裂裂隙擴展區域範圍，預測定向CO 2二氧化碳爆破設備對煤層瓦絲抽采的效果。

1 .一種應用於高瓦絲煤巷CO 2二氧化碳氣體爆破的設計方法，其特征在於，包括以下步驟：確定預裂技術的相關設計參數，其中預裂孔設有用以實現定向預裂的楔形槽；根據所述預裂技術的相關設計參數，對煤體的定向CO2預裂增透過程進行數值模擬，其中，在進行定向CO2二氧化碳爆破設備模擬過程中，將煤體的預裂增透過程視為二維問題，建立平麵應變力學模型，根據測量結果確定模型的邊界條件；根據爆破管定向壓裂的所述數值模擬結果，獲取壓裂裂隙擴展區域範圍，預測定向CO 2二氧化碳爆破設備對煤層瓦絲抽采的效果。

2 .根據煤巷的地質條件和裂隙情況，確定所述數值模擬中煤岩體的力學參數。

3 .所述數值模擬過程考慮岩石破壞和流固耦合問題。

4 .所述數值模擬采用真實破裂過程分析RFPA係統進行模擬。

5 .所述對煤體的定向CO2預裂增透過程進行數值模擬為模擬一個定向預裂孔的的裂隙擴展區域範圍。

6 .還包括對煤體的CO2預裂增透過程進行三維數值模擬，獲取二氧化碳爆破設備條件下裂隙擴展規律。

7 .所述獲取二氧化碳爆破設備條件下裂隙擴展規律包括，獲取爆破不同階段的裂紋發展情況。

8 .進行所述三維數值模擬中，根據氣象壓裂後的裂隙區半徑，確定二氧化碳爆破設備孔的間距。

9 .設計方法還包括對定向壓裂前後單孔壓裂抽放流量進行對比分析，以檢測所述數值模擬條件下的定向CO2二氧化碳爆破設備對煤層瓦絲的抽采效果。

一種應用於高瓦絲煤巷CO2二氧化碳氣體爆破的設計方法技術領域本公開一般涉及煤巷開采技術領域，具體涉及一種應用於高瓦絲煤巷CO2二氧化碳氣體爆破的設計方法。

背景技術

目前我國的很多煤礦礦山為高瓦絲礦井，隨著煤炭岩石需求總量的不斷增加，開采已持續向深部推進，深部煤層中瓦絲賦存含量大幅度增加。針對深部低透氣性高瓦絲煤層，常規的瓦絲抽放方法如預抽、本煤層抽采等方法，難以有效地使得煤層的瓦絲大量遊離出來，造成煤層中瓦絲壓力極大。主要存在的問題有：鑽孔有效影響範圍小，施工工作量大，抽放效率低，需要采取卸壓增透、擴大鑽孔有效影響範圍、提高鑽孔密封效果等有效技術措施，以達到提高瓦絲抽放效率的目的。在煤層巷道掘進期間，瓦絲超限情況頻頻發生，降低了巷道掘進速度，影響正常接替工作，嚴重影響到掘進麵的安全正常生產。如何有效解決煤層掘進高瓦絲的影響，已刻不容緩。

針對煤層高瓦絲的賦存特征，已有的煤層掘進麵進行了一些有效的嚐試工作，即采用CO2預裂增透技術。在煤層巷道高瓦絲地段利用CO2預裂技術，擴大了煤層的透氣性，使得瓦絲抽采濃度大大增加。但預裂也使得煤體裂隙分布範圍較之以往，擴展幅度更大，煤層巷道頂板的破碎程度更為嚴重。就瓦絲抽采效果而言，預裂範圍較大時，抽采效果越好。但是若預裂過度，極易引起掘進麵冒頂事故。采用怎樣的設計方法，在既能保證瓦絲抽采效果的同時，又能有效加強巷道冒頂控製，是現有技術亟待解決的技術問題。

發明內容

鑒於現有技術中的上述缺陷或不足，期望提供一種應用於高瓦絲煤巷CO2二氧化碳氣體爆破的設計方法。地一方麵，本申請實施例提供了一種應用於高瓦絲煤巷CO2二氧化碳氣體爆破的設計方法，包括以下步驟：確定預裂技術的相關設計參數，其中預裂孔設有用以實現定向預裂的楔形槽；根據所述預裂技術的相關設計參數，對煤體的定向CO2預裂增透過程進行數值模擬，其中，在進行定向CO2二氧化碳爆破設備模擬過程中，將煤體的預裂增透過程視為二維問題，建立平麵應變力學模型，根據測量結果確定模型的邊界條件；根據爆破管定向壓裂的所述數值模擬結果，獲取壓裂裂隙擴展區域範圍，預測定向CO 2二氧化碳爆破設備對煤層瓦絲抽采的效果。根據煤巷的地質條件和裂隙情況，確定所述數值模擬中煤岩體的力學參數，確保數值模擬的情況與實際工程地質情況相符。所述數值模擬過程考慮岩石破壞和流固耦合問題，確保模擬的準確性。

所述數值模擬采用真實破裂過程分析RFPA係統進行模擬。

所述對煤體的定向CO2預裂增透過程進行數值模擬為模擬一個定向預裂孔的的裂隙擴展區域範圍，獲得一個二氧化碳氣體爆破設備孔的影響規律。還包括對煤體的CO2預裂增透過程進行三維數值模擬，獲取二氧化碳爆破設備條件下裂隙擴展規律，非定向二氧化碳爆破設備孔的三維數值模擬與定向二氧化碳爆破設備孔的二維數值模擬相結合，可以更全麵的反映預裂增透的擴展規律。

所述獲取二氧化碳爆破設備條件下裂隙擴展規律包括，獲取爆破不同階段的裂紋發展情況。進行所述三維數值模擬中，根據氣象壓裂後的裂隙區半徑，確定二氧化碳爆破設備孔的間距，使二氧化碳爆破設備孔的布局更加科學合理。設計方法還包括對定向壓裂前後單孔壓裂抽放流量進行對比分析，以檢測所述數值模擬條件下的定向CO2二氧化碳爆破設備對煤層瓦絲的抽采效果。數值模擬與現場檢驗相結合，確保設計參數的準確合理。