气体爆破原理介绍

二氧化碳爆破设备应用于高瓦丝煤巷CO2二氧化碳气体爆破的设计方法，针对CO2二氧化碳爆破设备产生裂隙的无方向性，提出了定向CO2二氧化碳爆破设备技术，即在CO2爆破管提前开楔形槽，人为控制裂隙扩展方向。对比非定向二氧化碳爆破设备技术，采用数值模拟技术，发现定向二氧化碳爆破设备后，在二氧化碳爆破设备孔周形成了较为均匀的裂隙分布范围。且裂隙分布基本沿掘进煤层掘进方向，煤层顶板裂隙分布较小，很好地保证了巷道的稳定性。

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应用于高瓦丝煤巷CO2二氧化碳气体爆破的设计方法，设计方法包括以下步骤：确定预裂技术的相关设计参数，其中预裂孔设有用以实现定向预裂的楔形槽；根据所述预裂技术的相关设计参数，对煤体的定向CO2预裂增透过程进行数值模拟，其中，在进行定向CO2二氧化碳爆破设备模拟过程中，将煤体的预裂增透过程视为二维问题，建立平面应变力学模型，根据测量结果确定模型的边界条件；根据爆破管定向压裂的所述数值模拟果，获取压裂裂隙扩展区域范围，预测定向CO 2二氧化碳爆破设备对煤层瓦丝抽采的效果。

1 .一种应用于高瓦丝煤巷CO 2二氧化碳气体爆破的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：确定预裂技术的相关设计参数，其中预裂孔设有用以实现定向预裂的楔形槽；根据所述预裂技术的相关设计参数，对煤体的定向CO2预裂增透过程进行数值模拟，其中，在进行定向CO2二氧化碳爆破设备模拟过程中，将煤体的预裂增透过程视为二维问题，建立平面应变力学模型，根据测量结果确定模型的边界条件；根据爆破管定向压裂的所述数值模拟结果，获取压裂裂隙扩展区域范围，预测定向CO 2二氧化碳爆破设备对煤层瓦丝抽采的效果。

2 .根据煤巷的地质条件和裂隙情况，确定所述数值模拟中煤岩体的力学参数。

3 .所述数值模拟过程考虑岩石破坏和流固耦合问题。

4 .所述数值模拟采用真实破裂过程分析RFPA系统进行模拟。

5 .所述对煤体的定向CO2预裂增透过程进行数值模拟为模拟一个定向预裂孔的的裂隙扩展区域范围。

6 .还包括对煤体的CO2预裂增透过程进行三维数值模拟，获取二氧化碳爆破设备条件下裂隙扩展规律。

7 .所述获取二氧化碳爆破设备条件下裂隙扩展规律包括，获取爆破不同阶段的裂纹发展情况。

8 .进行所述三维数值模拟中，根据气象压裂后的裂隙区半径，确定二氧化碳爆破设备孔的间距。

9 .设计方法还包括对定向压裂前后单孔压裂抽放流量进行对比分析，以检测所述数值模拟条件下的定向CO2二氧化碳爆破设备对煤层瓦丝的抽采效果。

一种应用于高瓦丝煤巷CO2二氧化碳气体爆破的设计方法技术领域本公开一般涉及煤巷开采技术领域，具体涉及一种应用于高瓦丝煤巷CO2二氧化碳气体爆破的设计方法。

背景技术

目前我国的很多煤矿矿山为高瓦丝矿井，随着煤炭岩石需求总量的不断增加，开采已持续向深部推进，深部煤层中瓦丝赋存含量大幅度增加。针对深部低透气性高瓦丝煤层，常规的瓦丝抽放方法如预抽、本煤层抽采等方法，难以有效地使得煤层的瓦丝大量游离出来，造成煤层中瓦丝压力极大。主要存在的问题有：钻孔有效影响范围小，施工工作量大，抽放效率低，需要采取卸压增透、扩大钻孔有效影响范围、提高钻孔密封效果等有效技术措施，以达到提高瓦丝抽放效率的目的。在煤层巷道掘进期间，瓦丝超限情况频频发生，降低了巷道掘进速度，影响正常接替工作，严重影响到掘进面的安全正常生产。如何有效解决煤层掘进高瓦丝的影响，已刻不容缓。

针对煤层高瓦丝的赋存特征，已有的煤层掘进面进行了一些有效的尝试工作，即采用CO2预裂增透技术。在煤层巷道高瓦丝地段利用CO2预裂技术，扩大了煤层的透气性，使得瓦丝抽采浓度大大增加。但预裂也使得煤体裂隙分布范围较之以往，扩展幅度更大，煤层巷道顶板的破碎程度更为严重。就瓦丝抽采效果而言，预裂范围较大时，抽采效果越好。但是若预裂过度，极易引起掘进面冒顶事故。采用怎样的设计方法，在既能保证瓦丝抽采效果的同时，又能有效加强巷道冒顶控制，是现有技术亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种应用于高瓦丝煤巷CO2二氧化碳气体爆破的设计方法。地一方面，本申请实施例提供了一种应用于高瓦丝煤巷CO2二氧化碳气体爆破的设计方法，包括以下步骤：确定预裂技术的相关设计参数，其中预裂孔设有用以实现定向预裂的楔形槽；根据所述预裂技术的相关设计参数，对煤体的定向CO2预裂增透过程进行数值模拟，其中，在进行定向CO2二氧化碳爆破设备模拟过程中，将煤体的预裂增透过程视为二维问题，建立平面应变力学模型，根据测量结果确定模型的边界条件；根据爆破管定向压裂的所述数值模拟结果，获取压裂裂隙扩展区域范围，预测定向CO 2二氧化碳爆破设备对煤层瓦丝抽采的效果。根据煤巷的地质条件和裂隙情况，确定所述数值模拟中煤岩体的力学参数，确保数值模拟的情况与实际工程地质情况相符。所述数值模拟过程考虑岩石破坏和流固耦合问题，确保模拟的准确性。

所述数值模拟采用真实破裂过程分析RFPA系统进行模拟。

所述对煤体的定向CO2预裂增透过程进行数值模拟为模拟一个定向预裂孔的的裂隙扩展区域范围，获得一个二氧化碳气体爆破设备孔的影响规律。还包括对煤体的CO2预裂增透过程进行三维数值模拟，获取二氧化碳爆破设备条件下裂隙扩展规律，非定向二氧化碳爆破设备孔的三维数值模拟与定向二氧化碳爆破设备孔的二维数值模拟相结合，可以更全面的反映预裂增透的扩展规律。

所述获取二氧化碳爆破设备条件下裂隙扩展规律包括，获取爆破不同阶段的裂纹发展情况。进行所述三维数值模拟中，根据气象压裂后的裂隙区半径，确定二氧化碳爆破设备孔的间距，使二氧化碳爆破设备孔的布局更加科学合理。设计方法还包括对定向压裂前后单孔压裂抽放流量进行对比分析，以检测所述数值模拟条件下的定向CO2二氧化碳爆破设备对煤层瓦丝的抽采效果。数值模拟与现场检验相结合，确保设计参数的准确合理。