液态CO_2相变致裂增透技术在贝勒矿的应用研究

液态CO_2相变致裂增透技术在贝勒矿的应用研究液态二氧化碳相变致裂是一种用于煤层增透的技术,其具有使用安全方便、增透效率高、适用范围较广等优点,具体体现在爆破不产生火花、压力可控、易于储存和运输以及安全性高等方面。

本文在液态二氧化碳相变致裂原理的基础上,结合爆破理论,理论分析了二氧化碳相变致裂对煤岩体的破坏作用和增透效果,运用损伤断裂力学理论分析了爆破产生的新生裂纹尖端的有效应力强度因子,及其在裂纹在扩展过程中的变化规律,并分析了二氧化碳对瓦斯气体的置换效应。

其次,运用数值模拟软件COMSOL Multiphysics,建立了相变致裂影响半径力学模型,得到270MPa压力下的相变致裂的影响半径,确定了贝勒煤矿现有条件下相变致裂的有效影响半径为4.6m。

在贝勒煤矿煤层条件下进行二氧化碳相变致裂爆破试验,取得了良好的煤层增透效果,使得本煤层的透气性系数增加了 26倍以上;深孔致裂爆破进行后,瓦斯抽采效果显著提升,进行过二氧化碳深孔致裂爆破后的钻孔瓦斯抽采流量是未进行致裂爆破钻孔流量的4.2～6.9倍;抽采影响半径有大幅提升,从0.8m提升到4.5m,相同条件下可减少钻孔工程量,从而节约消突成本;抽采一个月的预抽率可达8.26%,未进行二氧化碳深孔致裂爆破区域的
瓦斯预抽率2.13%,试验前是试验后的3.87倍,降低了煤层瓦斯含量和压力。