深部開采低滲透煤層深孔預裂控制爆破增透機理研究

王海東

(中國地震局工程力學研究所，哈爾濱 150080)

由于地應力的增高，深部煤層開采面臨的沖擊地壓頻率和強度均有所增加。那么，如何解決深部開采條件下煤體的透氣性和應力集中成為瓦斯治理的首要問題。在礦井中淺部開采過程中，采用深孔預裂控制爆破技術進行煤與瓦斯突出及沖擊地壓的防治已取得了非常好的效果；同時，《煤礦井下深孔控制預裂爆破技術條件(MT1036-2007)》規(guī)范2007年已經(jīng)發(fā)布，但根據(jù)中淺部埋深情況下，得出的爆破孔與控制孔的相關參數(shù)在礦井深部開采條件下是否能夠有很好的適用性還有待通過實踐來檢驗。本文在前人研究的基礎上，采用理論分析、室內模型實驗、數(shù)值模擬及與現(xiàn)場工業(yè)試驗相結合的方法，研究了深孔預裂控制爆破技術在礦井深部開采條件下進行煤與瓦斯突出及沖擊地壓防治的機理、影響因素和適用性。論文主要完成了以下工作：

(1) 高應力低透氣性煤層深孔預裂控制爆破增透的影響因素的確定。通過對前人關于煤巖體爆破研究成果的總結，結合深部高應力低滲透煤層的賦存特點，為后續(xù)的理論分析、模型實驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場工程應用研究的順利開展奠定基礎。

(2) 高應力低透氣性煤層深孔預裂控制爆破增透的理論分析。給出了煤體深孔爆破裂紋擴展長度的計算公式，為煤層深孔預裂控制爆破工藝孔間距的確定提供了理論基礎。

(3) 含瓦斯煤體的深孔預裂控制爆破相似材料模型實驗研究。通過室內相似材料模型實驗，系統(tǒng)地研究了地應力、瓦斯壓力、煤的硬度三個主要影響因素與裂隙擴展的關系；研究了煤體爆破中的孔徑、孔間距等布孔參數(shù)對爆破致裂效果的影響。

(4) 高應力低透氣性煤層深孔預裂控制爆破增透的數(shù)值模擬研究。基于動力有限差分求解模塊，通過數(shù)值模擬的方法，定量地分析了爆炸波和爆生氣體對煤體深孔爆破增透效果的影響。

(5) 高應力低透氣性煤層深孔預裂控制爆破增透的現(xiàn)場工程應用。研制了適應深部開采條件下高應力低透氣性煤層打鉆成孔專用鉆頭；對兩個典型的高地應力低滲透高瓦斯煤層進行了現(xiàn)場試驗及試驗結果的分析，評價了深孔預裂控制爆破技術在深部開采低透氣性高瓦斯煤層增透防突、防沖的效果及適用性，同時也得出原規(guī)范及相關研究中的孔間距5～8 m應適當減為3～3.5 m。