松软煤层底板爆破致裂增透模拟试验研究及应用

作     者：高魁 王秘 乔国栋 田宇 傅师贵 王有为 GAO Kui;WANG Mi;QIAO Guodong;TIAN Yu;FU Shigui;WANG Youwei

作者机构：安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232000 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年第52卷第6期

页      面：102-110页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 0827[工学-核科学与技术] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(5237042377) 安徽省自然科学基金资助项目(2208085ME125) 安徽省高校优秀青年人才支持计划资助项目(gxyq2022016) 

主　　题：松软煤层 爆破增透 裂隙演化 爆炸应力波 卸压瓦斯抽采 

摘      要：针对松软煤层爆破增透钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实的问题,提出在底板岩层开展爆破作业,达到松软煤层增透进而增加瓦斯有效抽采时间的目的。为了监测跨界面应力波传播规律及煤层损伤状况,在实验室构建了物理模型并开展了煤层底板爆破相似模拟试验。同时使用数值模拟的研究方法对煤层底板爆破过程中煤、岩体内部的损伤及裂隙的演化过程进行补充。结果表明:松软煤层底板爆破裂纹沿爆破孔向四周岩体扩展,爆破孔位置和底板煤岩交界面以及煤层内部的破坏较为严重,产生跨界面损伤裂纹。爆炸应力波从松软煤层底板岩层传播到松软煤层时,岩体和松软煤体的交界面产生透射压缩应力波和反射拉伸应力波,透射波作用于松软煤体,使煤层裂隙增加;反射波反作用于岩体,在煤岩交界面形成交叉裂纹,使底板岩层裂隙和松软煤层裂隙贯通,有利于松软煤层的瓦斯垂向运移流动和卸压瓦斯抽采。潘一东煤矿现场应用表明,煤层底板爆破增透后瓦斯抽采纯量及其浓度快速上升,抽采纯量从0.06 m^(3)/min提高到1.46 m^(3)/min,增加了23.33倍;瓦斯浓度从爆破前的10.46%上升到45.50%左右,增加了3.34倍,并且长时间维持在较高水平。研究成果可为深部松软煤层瓦斯高效抽采提供理论基础和技术支持。