煤层深孔松动爆破聚能药管装药结构的设计研究

论文摘要

在低透气性,且具有瓦斯突出危险煤层巷道的掘进过程中,由于瓦斯排放困难而影响掘进速度,且存在突出事故发生的危险。为了解决这些问题,本文提出了在掘进工作面前方使用聚能爆破药管进行深孔松动预裂爆破的方案,即采用聚能预裂爆破技术。文章从理论上探讨了深孔松动预裂爆破机理、聚能药管成槽机理、药管聚能效应及其作用,并根据煤层中瓦斯赋存机理,研究和分析了聚能爆破特点和炸药在煤体内部爆炸的作用过程,设计了一种具有新型结构的煤层深孔爆破药管。试验结果表明,采用新设计的聚能药管进行煤层深孔松动预裂爆破,能够有效地卸除掘进工作面前方一定范围内煤体的地应力和瓦斯压力,提高了煤层的透气性,有效地提高瓦斯抽放量、防止煤与瓦斯突出。证明该结构的聚能爆破药管具有非常广阔的推广应用价值,将为低透气性高瓦斯矿区防治煤与瓦斯突出提供和开辟一条新的途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 利用抽放方法防治煤与瓦斯突出技术的国内外研究现状
• 1.2.1 国内外瓦斯抽放技术现状
• 1.2.2 国内外深孔松动及聚能预裂爆破瓦斯抽放研究现状
• 1.2.3 本文研究的重点
• 1.3 研究的内容和方法
• 2 含瓦斯煤层特性
• 2.1 煤层中瓦斯的赋存状态
• 2.2 煤巷周围含瓦斯煤蠕变状态
• 2.3 含瓦斯煤的物性参数
• 2.3.1 含瓦斯煤的力学特性
• 2.3.2 地应力对煤体透气性的影响
• 3 煤层深孔松动聚能预裂爆破相关机理
• 3.1 深孔松动预裂爆破提高煤层透气性的机理
• 3.2 爆破裂隙扩展的断裂力学模型
• 3.3 掘进工作面周围煤岩体内的静态应力场
• 3.4 定向聚能成缝机理
• 3.4.1 煤岩受外载荷的作用下的分子势能转化原理
• 3.4.2 定向预裂控制爆破炸药爆轰时的能量分析
• 3.4.3 定向断裂控制爆破的微观成缝机理
• 3.5 聚能装药爆炸作用原理
• 3.5.1 聚能效应的基本现象
• 3.5.2 射流破甲的三个阶段
• 3.5.3 聚能装药的类型
• 3.5.4 聚能效应基本原理
• 3.6 轴对称侧向聚能装药
• 3.6.1 轴对称侧向聚能装药定向成缝原理
• 3.6.2 轴对称侧向聚能装药切割大块岩石的实验
• 3.6.3 轴对称侧向聚能装药在工程中的应用
• 4 轴对称聚能药管结构特征
• 4.1 主要参数的确定
• 4.1.1 聚能射流的速度
• 4.1.2 单孔装药量
• 4.1.3 裂缝长度
• 4.1.4 裂隙圈半径与装药半径
• 4.2 轴对称聚能药管的加工与模拟试验
• 4.2.1 轴对称聚能药管结构设计与材料的选取
• 4.2.2 药管的制作
• 4.2.3 钢管模拟聚能爆破
• 5 轴对称聚能药管在掘进工作面的实际应用
• 5.1 淮南矿区简介
• 5.2 试验区潘三矿概况
• 5.3 潘三矿瓦斯情况与分析
• 5.4 1261（3）、1531（3）掘进工作面和1781（3）综采工作面概况
• 5.5 采掘进工作面深孔爆破与抽放方案
• 5.5.1 深孔预裂控制爆破措施
• 5.5.2 控制预裂爆破的布孔方式
• 5.5.3 掘进工作面钻孔施工与抽放参数
• 5.6 现场抽放系统
• 5.7 现场实验基本结论
• 5.7.1 作用效果
• 5.7.2 使用结果
• 6 主要结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 应用前景
• 6.3 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 读研期间成果