煤炭科学技术

作者：袁永, 陈忠顺, 梁小康, 申海生, 左磊, 孟朝贵, 王圣志,

关键词：相变爆破, 动态冲击, 致裂机理, 裂隙分布, 爆破因素,

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题，二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理，扩展相变爆破致裂工程应用，分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备，统计比较不同方式相变爆破能量计算方式，相较于传统炸药爆破，相变爆破属于一种低能量致裂方式；通过分析二氧化碳相变射流传播特征，探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式，煤岩体在中等冲击作用下，受到拉应力破坏产生径向初始断裂，并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征，高压气体在多重裂隙中进一步扩展，驱动裂隙向外扩展，明确了相变爆破应力气体协同致裂过程；进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响，泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用，引发非对称损伤破坏，煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素，初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征；在相变爆破致裂工程应用方面，揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征，确定了高瓦斯煤层致裂增透效果，对比了预裂前后煤体截割特征，验证了预裂提升块煤率可行性，并探究了相变爆破预裂顶板垮落特性。针对相变爆破致裂应从多速率冲击破碎、损伤破坏多尺度分析、致裂过程多物理场耦合及延时相变爆破技术等方向进一步扩展研究，拓宽二氧化碳相变爆破应用场景。

来源：2024年第2期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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