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丁集矿底板穿层深孔预裂爆破增透试验研究

作　者: 孟杰
导　师: 刘泽功
学　校: 安徽理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 穿层深孔爆破爆炸应力波 ANSYS/LS_DYNA 数值模拟
分类号: TD235
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本论文从深孔预裂爆破增透机理、计算机软件模拟、现场试验等三个方面入手,针对穿层深孔预裂爆破增透技术进行了研究和分析。首先,介绍了深孔预裂爆破在对煤层增透上的应用及研究现状,以煤层瓦斯赋存与流动理论和深孔预裂爆破机理为基础,讨论了穿层深孔预裂爆破较一般松动爆破的特殊性,对相关理论及指标参数进行了回顾,并对爆破过程中爆破冲击波与应力波、爆生气体、瓦斯压力以及控制孔对于应力波形成及扩展的作用进行了系统的分析总结。其次,以丁集煤矿11-2煤为研究对象建立3个模型并利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对所建立的模型分别进行数值模拟实验。研究不同爆破孔间距组合以及控制孔对于应力波扩展和质点所受有效应力的影响。根据模拟结果,对应力波驱动裂纹发育、扩展和贯通等一系列的过程进行了详细的对比分析,对控制孔在爆破过程中的作用也进行了分析。研究表明：穿层深孔预裂爆破使得煤层中形成空腔区、压碎区、裂隙区以及震动区,并通过控制孔的导向作用,扩大裂隙区的范围。最后,在丁集煤矿1432(1)底板巷钻场进行深孔预裂爆破现场试验,试验达到了预期的效果,各项抽采数据有了大幅的提高,说明了深孔预裂爆破增透技术的可行性和有效性,证明了该技术是增大煤体透气性以及提高瓦斯抽采率的重要方法。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
1 绪论  13-19
  1.1 概述  13
  1.2 研究背景  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-16
  1.4 课题的提出  16-17
  1.5 主要研究内容  17-19
2 煤层瓦斯流动规律研究  19-35
  2.1 煤的吸附理论  19-24
    2.1.1 煤层中瓦斯赋存状态  19-20
    2.1.2 煤的空隙特征及评价方式  20-22
    2.1.3 煤体表面的吸附作用以及吸附模型  22-23
    2.1.4 煤的吸附性及其影响因素  23-24
  2.2 煤层瓦斯压力  24-25
    2.2.1 煤层瓦斯压力的定义及意义  24-25
    2.2.2 煤层瓦斯压力的分布规律  25
  2.3 煤层瓦斯含量  25-26
    2.3.1 煤层瓦斯含量的含义  25-26
  2.4 煤层透气性系数  26-30
    2.4.1 煤层透气性系数的物理意义  26-27
    2.4.2 影响煤层透气性系数的因素  27-29
    2.4.3 煤层透气性系数的测定和计算  29-30
  2.5 煤层瓦斯运移基本规律  30-35
    2.5.1 流体在多孔介质中的流动  30-31
    2.5.2 多孔介质中流体的流动方程  31-33
    2.5.3 瓦斯在煤层中的流动规律  33-35
3 穿层深孔预裂爆破增透机理研究  35-41
  3.1 穿层深孔预裂爆破机理  35-39
    3.1.1 单孔条件下煤与瓦斯耦合作用爆生裂隙形成机理分析  35-38
    3.1.2 控制孔的作用  38-39
  3.2 穿层深孔预裂爆破增透作用分析  39-41
    3.2.1 粉碎圈的作用  39
    3.2.2 爆破裂隙面的作用  39-41
4 深孔预裂爆破数值模拟研究  41-67
  4.1 模拟工具概况  41-45
    4.1.1 LS-DYNA功能特点  41-44
    4.1.2 LS-DYNA理论基础  44-45
  4.2 模拟材料特性参数  45-46
    4.2.1 炸药单元的材料参数  45-46
    4.2.2 煤与岩石的物理力学参数  46
  4.3 计算模型的建立  46-49
    4.3.1 理论模型及参数  46-48
    4.3.2 基本假设及边界条件  48
    4.3.3 ALE算法  48-49
  4.4 模型1(爆破孔间距3m)的数值模拟  49-54
    4.4.1 应力波在煤体中的传播  49-52
    4.4.2 应力波对煤体中质点的影响  52-54
  4.5 模型2(爆破孔间距4m)的数值模拟  54-59
    4.5.1 应力波在煤体中的传播  54-57
    4.5.2 应力波对煤体中质点的影响  57-59
  4.6 控制孔的数值模拟  59-67
    4.6.1 应力波在煤体中的传播  60-62
    4.6.2 应力波对煤体中质点的影响  62-67
5 现场试验与验证  67-81
  5.1 矿井概况及地质概况  67-68
    5.1.1 矿井概况  67
    5.1.2 地质概况  67-68
  5.2 试验区工作面概况  68-69
    5.2.1 实施深孔预裂爆破背景  68
    5.2.2 试验地点基本概况  68-69
  5.3 试验钻场深孔预裂爆破与瓦斯抽放方案  69-75
    5.3.1 爆破工艺  69-70
    5.3.2 爆破孔布置方式  70-72
    5.3.3 辅助设备、材料  72-73
    5.3.4 安全管理措施  73-74
    5.3.5 通风系统及避灾路线  74-75
  5.4 现场效果考察  75-81
6 主要结论及展望  81-83
  6.1 主要结论  81
  6.2 展望  81-83
参考文献  83-85
致谢  85-87
作者简介及读研期间主要科研成果  87

丁集矿底板穿层深孔预裂爆破增透试验研究

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