煤层深孔预裂爆破卸压增透效果数值模拟分析

针对高瓦斯低透气性煤层,对深孔预裂爆破进行了数值模拟分析研究。再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加以及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,系统地分析了控制孔与爆破孔对于爆破卸压增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采效率提出了解决方案。深孔预裂爆破为高瓦斯低透气性煤层增透、进而解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题提供了一条有效的途径。     

低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯超限影响煤巷掘进速度问题,建立深孔预裂爆破三维有限元模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,深孔预裂爆破经历了冲击波冲击煤岩产生裂纹、稀疏波使煤体裂纹扩展以及爆轰气体驱动裂纹扩展3个过程(0～5 ms),增透深孔预裂爆破爆破孔合理间距为3～5 m.     

低透煤层CO_2相变致裂增透解吸技术的应用

针对贵州省喀斯特地质条件下松软低透高瓦斯煤层掘进过程中瓦斯抽采难度大、抽采效率低、抽采时间长等难点问题,提出应用CO_2相变致裂增透解吸技术提高煤层透气性系数、增大煤层透气性、提高瓦斯抽采量和抽采效率。研究了CO_2相变致裂增透解吸技术对绿塘煤矿工作面卸压增透效果,并与深孔预裂卸压增透技术效果进行了对比研究,发现该区域CO_2相变致裂增透技术增透效果较明显,CO_2致裂与深孔预裂相比较,前者煤层透气性系数约为后者透气性系数的1.9倍,CO_2致裂后的衰减系数比深孔预裂后衰减系数低约20%,CO_2致裂后平均抽采浓度约为70%,结果表明:采用CO_2相变致裂增透解吸技术后,该煤矿总体抽采效率提高了约6倍,抽采达标周期大幅缩短,为同类矿井的瓦斯治理提供了可借鉴技术与经验。     

深孔预裂爆破增透技术在井筒揭煤中的应用研究

为了增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率、消除煤层突出危险性,通过数值模拟和现场试验的方法,对深孔预裂爆破煤层增透技术在低透气性高瓦斯煤层中的应用进行了系统研究,得出了煤岩不同的力学性质和控制孔的导向作用。通过对两个爆破孔与控制孔应力云图、裂隙图的数值模拟,再现了应力波在煤岩体中的传播与衰减规律,以及煤岩体裂隙的扩展变化过程。最后,在谢桥矿13-1煤层实施深孔预裂爆破试验,试验表明采用该技术显著增大了煤体透气性,提高了瓦斯抽采浓度和抽采量,故而是一种经济可行的对于防治低透气性高瓦斯煤层突出的方案。     

低透气煤层预裂瓦斯运移数值模拟及抽采试验

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难问题,利用数值模拟软件RFPA2D-Flow再现了采取煤层深孔爆破预裂后,瓦斯在煤层及爆生裂隙中的流动规律.研究结果表明,预裂圈内煤和岩石的孔隙率大大提高,煤层透气性显著增加,但当裂隙圈之间不相交时,瓦斯同样很难在完整的低透气性煤体中运移,因此只有当抽采瓦斯钻孔处在裂隙圈中才能高效抽采瓦斯.现场试验证实,低透气性煤层预裂后,有效导通裂隙增加,布置在裂隙圈内抽采瓦斯钻孔可以获得高效抽采瓦斯效果,从而降低煤与瓦斯突出危险性.     

高应力低渗透煤层预裂爆破过程中控制孔作用

在深孔控制预裂爆破增加煤体透气性过程中,控制孔所起的导向致裂作用受地应力的影响程度通过理论分析相对复杂。针对这一情况,采用数值计算方法模拟爆炸波与爆生气体在煤体内的传播致裂过程和控制孔临空面的反射叠加导向致裂过程,研究高、低地应力情况下控制孔的导向致裂增透作用。结果表明:高地应力煤层深孔预裂控制爆破时,控制孔主要起到卸压孔和抽放孔的作用,其导向致裂效应不如低地应力情况下的显著;控制孔尺寸越大,煤体爆破后控制孔周围煤体裂隙区范围越大;深孔爆破增透技术在高应力低透煤层的增透防突中仍可获得较好的增透效果。     

西山矿区煤层顺层孔CO_2爆破增透试验研究

为提高西山矿区煤层透气性,缩短瓦斯抽采达标时间,分析了煤层顺层孔CO_2预裂增透技术可行性,模拟了CO_2预裂增透半径。研究结果表明:CO_2爆生气体计算压力大于围岩作用下煤体强度,CO_2爆破煤层增透具备技术可行性;数值模拟显示,经过CO_2预裂爆破后,预裂效果最好的是屯兰矿2#煤,煤层裂隙半径4.20m,其次是屯兰矿8#煤,煤层裂隙半径3.90m,再次是马兰矿8#煤,煤层裂隙半径3.45m,最后是东曲矿8#煤,煤层裂隙半径3.30m;现场试验表明,东曲矿8#煤爆破孔间距按6.5m布置,压裂区平均单孔抽采纯流量是未压裂区的3.2倍。     

低渗透煤层合增透技术应用

为增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯利用率和抽采效率,提出低渗透煤层复合增透的方法.利用RFPA2D-Flow和FLAC3D软件分别对水力压裂裂缝的起裂、延伸与扩展规律和CO_2增透钻孔内提前制造不同长度的预裂缝对爆破致裂增透效果的影响情况进行模拟.进行井下复合增透效果工业试验,运用瓦斯压力降低法分析预裂后煤层瓦斯抽采半径.结果表明:模拟注水压裂27 PMa时,割缝半径约2 m,随着煤壁预裂缝长度增加,CO_2爆破致裂影响半径呈线性递增的趋势.现场复合增透后煤层抽采率显著提高,有效半径由原来单一水力压裂的2 m增加到7 m左右.     

深孔预裂爆破强化抽放瓦斯的研究

介绍了煤体预裂爆破的机理及深孔预裂爆破抽放瓦斯的工艺试验研究，对预裂爆破抽放效果进行了详细分析，得出了深孔预裂爆破强化抽放瓦斯方法能够大幅度提高煤层瓦斯抽放效果，实现快速抽放的结论。     

煤巷掘进中预裂爆破对抽放提高的分析

针对低透气性煤层掘进工作面瓦斯预抽率较低以致突出危险较高的问题,以某矿(K1、K4)煤层煤巷掘进工作面为研究对象,进行了现场深孔预裂爆破试验,对预裂爆破前后钻孔瓦斯抽放量进行了对比分析,并对预裂爆破后有效的钻孔瓦斯抽放半径进行了考察。试验结果表明:K1煤层预裂爆破后瓦斯预抽率仅需10d就能达到37.13%,缩短抽放时间60%;而且效果检验5个循环才出现瓦斯解吸指标超标。K4煤层预裂爆破后瓦斯预抽率仅需12d就能达到34.28%,缩短抽放时间60%;而且效果检验3个循环才出现瓦斯解吸指标超标,预裂爆破对瓦斯抽放效果有明显的提高;爆破后K1和K4煤层瓦斯有效抽放半径分别为4.5和5.2m。这对于现场预裂爆破工作具有一定的指导意义。     

低透气性煤层CO2增透预裂技术应用

 针对低透气性煤层掘进过程中,瓦斯抽放难度高、掘进效率低等难点问题,提出应用CO₂增透预裂技术,提升煤层透气性系数与瓦斯抽放效率,提高工作面掘进效率。应用岩土力学模拟软件,模拟分析了煤层掘进过程中煤体破坏分布与应力分布状态。模拟结果表明:掘进过程中,巷道两帮破碎区域为距巷帮0~3m的范围,巷帮主要应力集中区域为距巷帮3~4m的区域,应力为18.0~18.9MPa。根据数值模拟结果,设计了煤层CO₂增透的预裂孔与抽放孔的详细参数,进行了现场验证。现场试验与效果分析表明:预裂前后钻场瓦斯抽采瓦斯纯流量提高了27%,瓦斯抽放浓度提高了1.7倍,可解吸瓦斯量由7.27降到4.30m³/t,掘进效率明显提高。     

充填环境下预裂缝的爆破动力响应分析

根据广西高峰矿新采矿方法的工程实际情况,采用高能炸药的Joles-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,以质点振动速度峰值PPV为主要指标,利用显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA模拟充填采矿中预裂缝对爆炸应力波的作用机理,分析爆炸应力波在充填环境下的传播特征以及在经过预裂缝和不同介质分界面的衰减规律。研究结果表明：爆炸应力波在经过预裂缝时,质点振动速度峰值急剧衰减,预裂缝具有良好的降振效应,降振率在80％～90％之间;不同介质的分界面弱结构具有一定的降振效应,降振率在3％～10％之间;在邻近爆源一侧,预裂缝和分界面表现出能量聚集效应,且距预裂缝和分界面越近,能量聚集效应越明显,其能量聚集率最大可达25％。     

低透气性煤层长钻孔爆破增透技术

为改善高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放效果,提高煤层瓦斯渗透性,以新安煤矿八号煤层为例,应用长钻孔爆破技术对煤层进行松动控制爆破,运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟控制孔对煤岩裂隙区的影响过程。结果表明：合理布置控制孔可以增加裂隙区的范围,提高松动爆破的卸压和瓦斯排放效果。当不耦合系数为1.5、控制孔距爆破孔2 m时,裂隙区的范围约为爆破孔径的25倍。     

管道内多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播的影响

为了研究抑爆材料对可燃气体爆炸火焰传播的影响,设计加工了横截面积为200 mm×200 mm的方形实验管道,且在其内进行无抑爆材料和安装多层金属丝网条件下预混可燃气体爆炸火焰传播影响的实验,并通过高速摄影仪进行火焰传播的全程拍摄。结果表明,预混可燃气体爆炸火焰在管道内的传播速度和结构都不稳定,出现来回震荡的现象,而多层金属丝网对预混可燃气体爆炸火焰传播具有很大的影响,可以完全淬熄较弱的爆炸火焰。研究结果对煤矿瓦斯爆炸的防治具有重要的理论和实际价值。     

注空气管内原油蒸气爆炸过程数值分析

 在注空气采油生产过程中,必须高度重视可燃油蒸气的爆炸问题。本文借助AutoReaGas气体爆炸模拟软件对注空气管内原油蒸气在高压状态(30MPa)不同初始温度下发生爆炸的过程进行了数值模拟。结果表明,爆炸产生的超压可达450MPa,温度可达2400K,会对油管和井口采气树等设施造成严重破坏;管内爆炸超压值与初始温度关系密切,在爆炸冲击波与反射波未叠加前,初始温度升高会导致爆炸超压的下降,在叠加区域内爆炸初始温度升高会导致爆炸超压的明显升高,750m远处压力基本不再变化;初始温度对爆炸温度影响甚微,初始压力为30MPa时,无论初始温度多大管内温度在距井口600m以后都恢复到初始温度。分析可知,爆炸只会造成充气区域及其附近管段内压力和温度急剧升高,对远场作用不明显。     

海洋平台气体泄漏爆炸对结构的作用分析

结合气体爆炸的特点,考虑和计算影响气体爆炸的几个主要因素,考察在海上天然气开发工程中,必须天然气泄漏点火后,燃烧爆炸的发展过程及产生的相应荷载作用,进而做了平台舱室爆炸荷载发生破损的变形分析,采用能量法建立了板的桡度公式,计算结果与试验结果比较吻合,为油气田定量风险评估及事件升级分析奠定了基础。     

瓦斯煤尘爆炸火焰传播机理的光学测量系统研究

为了研究管道瓦斯煤尘爆炸火焰传播的机理,确定表征瓦斯煤尘爆炸的主要物理量的变化特征,本文构建了瓦斯煤尘爆炸的光学实验测试系统。光学窗口采用圆形玻璃窗口,流场显示采用基于激光的纹影系统。在燃烧流场中,为获得清晰纹影照片,通过在光路中插入合适半带宽的滤光片滤除流场自发光。     

室内受限空间中掺氢天然气爆炸模拟

将氢气掺入天然气中形成掺氢天然气,并利用现有天然气管道或管网进行输送被认为是大规模输氢的有效方式。由于氢气的最小点火能量远低于天然气、最低爆炸极限小于天然气,因此掺氢天然气泄漏后更容易发生爆炸事故,造成严重事故后果。本文采用FLACS软件研究了室内受限空间中的掺氢天然气爆炸事故,分析了掺氢比、打火点位置、计算区域是否开放和燃烧程度四种因素对掺氢天然气爆炸事故特征和演化规律的影响。结果表明,掺氢比越大,掺氢天然气爆炸发生时间越早;距离打火点越近的位置在爆炸过程中温度和超压越先开始变化;受限空间掺氢天然气爆炸的威力远大于开放空间掺氢天然气爆炸;燃烧当量比越高,爆炸威力越强。     

分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播规律实验及数值模拟

为了研究煤矿井下瓦斯爆炸火焰在分岔巷道内的传播规律,自制45°分岔管道实验装置开展甲烷体积分数为9.5%的瓦斯爆炸火焰传播实验,用Fluent 16.0软件模拟分岔管道内瓦斯爆炸火焰传播过程。对比分析实验数据与模拟结果,得到分岔管道瓦斯爆炸火焰传播的变化规律。研究结果表明:1)分岔管道内瓦斯爆炸火焰在分岔处产生漩涡,加速管道内爆炸火焰湍流化,火焰冲击反射现象明显;2)分岔支管截面处爆炸火焰温度、传播速度、冲击波超压与离子电流峰值最大;3)瓦斯爆炸火焰传播的模拟结果与实验数据在数值上存在一定差异,但各参量总体变化趋势相同。研究结果为深入认识井下瓦斯爆炸传播机制和在巷道分岔处采取瓦斯爆炸火焰传播抑制措施提供一定参考。