低透气性煤样爆破致裂裂纹扩展特征试验研究

摘要

预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率、提高瓦斯抽采率的有效措施之一，众多学者研究视角多聚焦于爆破孔布置方式、装药结构、装药系数、装药量和爆破应力波传播过程等因素对预裂爆破效果的影响，少数学者采用数值模拟方法对爆破裂纹的扩展特征进行了探讨，目前针对裂纹扩展的相关试验研究少见报道。为有效考察爆破致裂效果，以某矿低透气性煤样为研究对象，采用小药量耦合装药爆破技术和计算机断层扫描技术，试验获取了煤样爆破后的宏观破坏特征及内部裂纹的三维分布效果，进而对爆破应力作用下煤样内部裂纹的扩展特征进行了深入探讨。研究表明：以起爆药代替常用炸药，采用小药量耦合装药爆破技术进行小尺寸煤样爆破致裂试验，是切实可行的。当装药量和压药压力相同时，炮孔直径越大，裂纹扩展和增透效果越差；当炮孔直径和装药量相同时，冲压装药效果优于松散装药。当炮孔直径和压药压力相同时，并非装药量越大裂纹扩展效果越好，存在一个合理的装药量区间；对于本文采用的低透气性标准尺寸煤样而言，当装药量为25 mg时，裂纹体积占比为12.79%,单个裂纹体积为20 135.03 mm³,裂纹扩展效果最佳，装药量为20 mg时效果次之。

关键词

低透气性煤层 / 爆破致裂 / 裂纹扩展 / 耦合装药 / CT扫描

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51974108、51404093); 河南省科技攻关项目(242102320213); 河南省自然科学基金资助项目(232300420077); 河南省高校基本科研业务费专项资金资助项目(NSFRF240638); 河南省博士后科研项目(001701014)