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摘要
为增加煤层透气性,强化瓦斯抽采效果,提高瓦斯的利用率,提出低渗透煤层液态CO2气爆致裂增透技术。基于煤矿瓦斯相关基础数据和液态CO2爆破致裂增透机理,阐述液态CO2爆破的原理、过程和能量的转化,分析液态CO2气爆能量释放的TNT当量转化;根据监测爆破过程中致裂器内CO2压力变化过程曲线的变化情况,分析爆破过程中在致裂器内液态CO2压力在4个不同阶段的变化。采用ANSYS/LS-DYNA模拟软件建立不同爆破参数下的爆破模型,模拟出单孔和双孔液态CO2爆破演化过程,从Mises应力云图、煤岩损伤云图对比分析液态CO2爆破效果。利用LS-DYNA有限元分析模拟软件对致裂器不同布置方式下煤岩损伤扩展规律进行模拟。根据数值模拟结果进行CO2相变爆破工业试验,综合评价液态CO2气爆致裂增透效果。结果表明:利用相对压力指标法测得单孔爆破半径约2.5 m,与数值模拟结果接近。经CO2相变爆破后,煤层透气性系数比增透前提高了50多倍;瓦斯抽采体积分数比增透前提高了73.7%;抽采流量是普通抽采孔的5.1倍。数值模拟和现场井下工业试验结果均证明,采用液态CO2爆破能够提高煤体吸附瓦斯的解吸率,增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,促进煤岩体内原生缝隙的发育,使煤层瓦斯抽采效果明显提高。研究成果可为液态CO2气爆工艺的实际施工提供理论依据,为我国低透气性煤层瓦斯抽采难题提供解决办法。
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