co2致裂器深孔预裂增透数值模拟研究

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1、C02致裂器深孔预裂增透数值模拟研究王子雷煤炭科学研宄总院建井研宄分院天地科技股份有限公司摘要：为丫解决高瓦斯工作面瓦斯抽采难题，以司马煤矿1211工作面为工程研宂背景,进行C02致裂器深孔预裂数值模拟，结果表明两致裂孔间距10m、致裂器与连接杆按照1:3连接时为最佳方案，并在1211工作面运输巷与回风巷完成致裂增透工作，验证了按该方式布置时深孔预裂增透效果较好，对司马煤矿及类似条件下深孔预裂增透技术具有很好的借鉴意义。关键词：CO2致裂器;深孔预裂;瓦斯抽采;数值模拟;致裂孔间距;作者简介：王子雷（1981-）,男，山东莱芜人，副研究员，硕士研究生，2006年毕业于煤炭科学

2、研究总院建井研究所，岩土工程专业，从事井巷技术及相关装备研究，发表论文多篇。收稿日期：2017-8-7基金：二氧化碳致裂器及增透技术研究与应用，项目编号:KJ-2016-BJZM-09,项目类别：天地科技“科技创新基金”面上项目NumericalSimulationofDeep-holePre-splittingAnti-reflectionWithCarbonDioxideFracturerWangZileiInstituteofMineConstructionTiandiScienceandTechnologyCo.Ltd.:Abstract：Inordertosolve

3、theproblemofgasextractioninhighgasface,usingnumericalsimulationofdeep-holepre-splittinganti-reflectionwithcarbondioxidefracturerwhichtakingthe1211workingfaceofSimacoalmineastheengineeringresearchbackground.Todeterminethebestsolutionthatthespacingbetweentwoinducedholeis10mandtheconnectionrat

4、ioofcarbondioxidefractureranddraw-baris1:3.Completedtheworkoffracturingandanti-reflectionin1211workingfaceconveyanceroadandreturnairway.Ttisprovedthattheeffectofdeep-holepre-splittingisbetterinthisway,andithasgreatsignificancefordeep-holepre-splittinganti-rcflcctiontechnologyinSimacoalminea

5、nclsimilarconditions.Keyword：carbondioxidefracture;deep-holepre-splitting;gasextraction;numericalsimulation;inducedholespacing;Received：2017-8-71引言煤炭在我国一次能源消费中占70%以上，而目前我国煤炭资源埋深大于600m的约占总量的73.2%[1-3]。由于我国煤层赋存条件差，深部地质构造更加复杂，煤层瓦斯80%、0%以吸附状态存在，煤层瓦斯压力和煤与瓦斯突出频率也会随着采深的增加而不断增加。高瓦斯矿井瓦斯治理的根本途径是瓦斯抽放，

6、但由于我国大部分为低透气性煤层，因此釆用传统的瓦斯抽放难以取得预期效果。国内通常采用炸药预裂技术手段使煤层裂隙扩展，增加煤层透气性，消除瓦斯突出危害，深孔爆破强化技术也在工程实例应用屮取得很好效果14^1。但是炸药预裂在长钻孔爆破技术及封孔工艺方面仍不成熟mm,且炸药预裂可能会引起煤尘或瓦斯的二次爆炸，可控性差，危险性大。为了解决炸药预裂可控性及危险性的难题，采用C02致裂器作为煤层增透设备。本文通过数值模拟确定出深孔预裂宜采用的致裂孔间距及致裂器布置方式。2C02致裂器工作原理co2致裂器主要由充装阀、发热装罝、储液管、剪切片、释放头等部分组成，致裂器结构见图hC02致裂器

7、在使用时，通过起发器启动储液管内的发热装置，释放人量热量使储液管内的液态二氧化碳在20ms内气化，体积膨胀可达600倍[12-15]，引起管内压力在瞬间急剧上升，直到达到定压剪切片的抗剪切强度并将其冲破，高压气体从释放头的排气孔释放。在进行预裂增透时，爆炸应力波以及高压气体作用下的煤岩破坏是一个和当复杂的动力学过程。首先是液态二氧化碳受热急剧膨胀变成高压气体作用在钻孔壁上，进而对钻孔周围煤体产生压缩变形，使钻孔周围形成一定区域的压缩粉碎区，此区域称为爆破近区；随着时间的进行，应力波形成的压力逐渐减小，当