針對單一低滲高瓦斯煤層開采問題,采用二氧化碳相變爆破致裂增透方式,提升煤體滲透率,是實現(xiàn)該條件煤體安全開采的有效措施,在現(xiàn)場已得到廣泛應(yīng)用。但是,相變爆破產(chǎn)生沖擊應(yīng)力特性不同于傳統(tǒng)炸藥爆破,相關(guān)基礎(chǔ)理論研究仍存在欠缺。為揭示二氧化碳相變爆破致裂機理及裂隙煤體增透滲流特征,開展以下研究:(1)分析了二氧化碳相變爆破起裂機理。通過對相變爆破過程中二氧化碳物理性質(zhì)的分析,確定了相變爆破能量方程及體積壓力等參數(shù)對其影響;分析了爆破孔在爆破沖擊應(yīng)力作用下受力特征及孔壁在應(yīng)力波與卸載波作用下產(chǎn)生斷裂機理。(2)揭示了二氧化碳相變爆破裂紋演化規(guī)律。采用數(shù)值模擬方法確定了相變爆破裂紋特征與隨時間的擴展演化,相變爆破在煤體中形成多重裂隙和主裂隙,裂紋主要受相變爆破作用在鉆孔周圍產(chǎn)生拉應(yīng)力作用。同時將炸藥爆破、相變爆破和水壓致裂等不同致裂方式引起的煤體損傷破壞特征采用分形方式進行對比。(3)研究了裂隙煤體增透瓦斯?jié)B流特性。以相變爆破產(chǎn)生的裂隙煤體為基礎(chǔ),研究致裂后煤體增透及瓦斯?jié)B透過程,煤體裂隙形成瓦斯流動的優(yōu)勢通道,煤體中的瓦斯向距離最近的裂隙中匯集,相變爆破煤體裂隙分布范圍廣,能夠?qū)φ麄�煤體起到卸壓增透作用。(4)檢驗了二氧化碳相變爆破致裂增透現(xiàn)場應(yīng)用效果。高河能源E2307工作面采用相變爆破之后,在煤體中產(chǎn)生了多處裂隙,促進了瓦斯的解析與流動。壓裂孔瓦斯抽采濃度由15%提高到了50%以上,煤體透氣性系數(shù)提高了10~20倍以上,提高了瓦斯抽采效率,保障了礦井的安全生產(chǎn)。該論文有圖55幅,表8個,參考文獻131篇。
【學(xué)位單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD712
【部分圖文】：

.1 背景及研究意義（Background and Research Significance）我國能源賦存具有“富煤、貧油、少氣”的特點，根據(jù)中華人民共和國自源部發(fā)布的《中國礦產(chǎn)資源報告》顯示[1]，2000m 以淺，煤炭預(yù)測資源儲量.88 萬億 t，資源查明率為 30.3%，其中查明儲量為 15980.01 億 t，且查明儲量增長。這一地理賦存條件決定了煤炭在我國一次能源消費中的重要地位，在一段時間內(nèi)，我國煤炭產(chǎn)量仍會維持較高水平。煤炭資源與瓦斯資源伴隨而明的煤層氣儲量達到 1023 億 m3，其中可采儲量為 470 億 m3，在 2000m 以瓦斯儲量為 36.81 億 m3，處于世界上第三，煤層氣開發(fā)潛力巨大[2, 3]。其中氣的賦存有明顯的地域特征，煤與瓦斯突出礦井和高瓦斯礦井在我國廣泛分目繁多，我國瓦斯礦井分布范圍如圖 1-1 所示[2, 4-6]。，突出礦井與高瓦斯礦全國范圍內(nèi)均有分布，主要分布在我國中東部及西南地區(qū)，如河南、山西、、云南、四川、貴州、湖南、重慶等省份的突出及高瓦斯礦井共計 2865 處全國總量的 87.2％。

[96]，它由注液頭、發(fā)熱管、儲液管、定壓泄能片和排氣頭等部分組成。二氧化碳相變爆破原理如圖2-2所示，利用充裝設(shè)備將液態(tài)二氧化碳充進儲液管內(nèi)，當(dāng)發(fā)熱管通過電流時，發(fā)熱管會加熱儲液管中的二氧化碳氣體，隨著溫度增加，二氧化碳開始急劇汽化，其體積膨脹為原來的 660 多倍，儲液管內(nèi)的壓力急劇增加，當(dāng)壓力超過定壓泄能片的強度時，高壓二氧化碳將泄能片破裂，并通過排氣頭噴出，高壓氣體直接作用在周圍固體介質(zhì)之中，使得介質(zhì)產(chǎn)生破壞并侵入其裂隙中，產(chǎn)生更大范圍的裂隙，并產(chǎn)生較小的震動和聲音。爆破管在完成爆破任務(wù)時可以將其回收，再次完成二氧化碳充裝與爆破的過程。依據(jù)爆破不同的參數(shù)

10圖 2-4 不同狀態(tài)二氧化碳特性Figure 2-4 Characteristics of carbon dioxide in different states當(dāng)二氧化碳溫度與壓力不斷增加時，二氧化碳會逐漸演化為超臨界狀態(tài)，二氧化碳變化實際演示圖像如圖 2-5 所示，剛開始時，二氧化碳為氣液共存狀態(tài)，由于氣體密度較液體密度高，在兩種類型中間產(chǎn)生明顯的分界線，隨著溫度與壓力的增大，氣液分界線逐漸模糊，最終形成超臨界二氧化碳。二氧化碳爆破管內(nèi)剛開始充裝二氧化碳時，由于充裝含量較小，二氧化碳以氣體的形式存在與爆破管內(nèi)，隨著充裝量的不斷增加，爆破管內(nèi)二氧化碳開始液化為液態(tài)二氧化碳，二氧化碳以氣液共存的狀態(tài)存在，隨著充裝過程的不斷持續(xù)，二氧化碳液態(tài)占據(jù)主要部分。當(dāng)激發(fā)爆破管內(nèi)的發(fā)熱管時，二氧化碳溫度不斷增加，分子運動不斷加劇，由于爆破管內(nèi)的體積處于恒定狀態(tài)，二氧化碳壓力也不斷增加，從而使二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槌R界狀態(tài)，當(dāng)爆破管內(nèi)的壓力大于定壓泄能片額定壓力時，泄能片

【參考文獻】

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1 王冕;任倍良;;高突松軟煤層水力沖孔快速揭煤應(yīng)用[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2015年S1期

2 趙源;曹樹剛;李勇;覃樂;;本煤層水壓致裂增透范圍分析[J];采礦與安全工程學(xué)報;2015年04期

3 王兆豐;孫小明;陸庭侃;韓亞北;;液態(tài)CO_2相變致裂強化瓦斯預(yù)抽試驗研究[J];河南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年01期

4 董慶祥;王兆豐;韓亞北;孫小明;;液態(tài)CO_2相變致裂的TNT當(dāng)量研究[J];中國安全科學(xué)學(xué)報;2014年11期

5 景國勛;;2008—2013年我國煤礦瓦斯事故規(guī)律分析[J];安全與環(huán)境學(xué)報;2014年05期

6 謝和平;周宏偉;薛東杰;高峰;;我國煤與瓦斯共采:理論、技術(shù)與工程[J];煤炭學(xué)報;2014年08期

7 袁亮;薛俊華;張農(nóng);盧平;;煤層氣抽采和煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2013年09期

8 劉英振;劉彥偉;郝天軒;;水力沖孔掩護煤巷掘進技術(shù)研究與應(yīng)用[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2013年11期

9 李賢忠;林柏泉;翟成;李全貴;倪冠華;;單一低透煤層脈動水力壓裂脈動波破煤巖機理[J];煤炭學(xué)報;2013年06期

10 楊宏民;夏會輝;王兆豐;;注氣驅(qū)替煤層瓦斯時效特性影響因素分析[J];采礦與安全工程學(xué)報;2013年02期

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1 夏同強;瓦斯與煤自燃多場耦合致災(zāi)機理研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

2 付江偉;井下水力壓裂煤層應(yīng)力場與瓦斯流場模擬研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2013年

3 程慶迎;低透煤層水力致裂增透與驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2012年

4 孫可明;低滲透煤層氣開采與注氣增產(chǎn)流固耦合理論及其應(yīng)用[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2004年

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1 孫建中;基于不同爆破致裂方式的液態(tài)二氧化碳相變增透應(yīng)用研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

2 張軍勝;高河煤礦氣相壓裂強化增透瓦斯快速抽采技術(shù)研究[D];河南理工大學(xué);2014年

3 孫小明;液態(tài)二氧化碳相變致裂穿層鉆孔強化預(yù)抽瓦斯效果研究[D];河南理工大學(xué);2014年

4 韓亞北;液態(tài)二氧化碳相變致裂增透機理研究[D];河南理工大學(xué);2014年

5 胡超洋;煤層氣井圍巖損傷區(qū)分布的分形理論模型[D];東北石油大學(xué);2013年

6 冉永進;九里山煤礦二_1煤層瓦斯抽采系統(tǒng)合理抽采負壓研究[D];河南理工大學(xué);2012年

本文編號：2813595