二氧化碳爆破設(shè)備應(yīng)用于高瓦絲煤巷CO2二氧化碳?xì)怏w爆破的設(shè)計(jì)方法，針對CO2二氧化碳爆破設(shè)備產(chǎn)生裂隙的無方向性，提出了定向CO2二氧化碳爆破設(shè)備技術(shù)，即在CO2爆破管提前開楔形槽，人為控制裂隙擴(kuò)展方向。對比非定向二氧化碳爆破設(shè)備技術(shù)，采用數(shù)值模擬技術(shù)，發(fā)現(xiàn)定向二氧化碳爆破設(shè)備后，在二氧化碳爆破設(shè)備孔周形成了較為均勻的裂隙分布范圍。且裂隙分布基本沿掘進(jìn)煤層掘進(jìn)方向，煤層頂板裂隙分布較小，很好地保證了巷道的穩(wěn)定性。

應(yīng)用于高瓦絲煤巷CO2二氧化碳?xì)怏w爆破的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：確定預(yù)裂技術(shù)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，其中預(yù)裂孔設(shè)有用以實(shí)現(xiàn)定向預(yù)裂的楔形槽；根據(jù)所述預(yù)裂技術(shù)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，對煤體的定向CO2預(yù)裂增透過程進(jìn)行數(shù)值模擬，其中，在進(jìn)行定向CO2二氧化碳爆破設(shè)備模擬過程中，將煤體的預(yù)裂增透過程視為二維問題，建立平面應(yīng)變力學(xué)模型，根據(jù)測量結(jié)果確定模型的邊界條件；根據(jù)爆破管定向壓裂的所述數(shù)值模擬果，獲取壓裂裂隙擴(kuò)展區(qū)域范圍，預(yù)測定向CO 2二氧化碳爆破設(shè)備對煤層瓦絲抽采的效果。

1 .一種應(yīng)用于高瓦絲煤巷CO 2二氧化碳?xì)怏w爆破的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟：確定預(yù)裂技術(shù)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，其中預(yù)裂孔設(shè)有用以實(shí)現(xiàn)定向預(yù)裂的楔形槽；根據(jù)所述預(yù)裂技術(shù)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，對煤體的定向CO2預(yù)裂增透過程進(jìn)行數(shù)值模擬，其中，在進(jìn)行定向CO2二氧化碳爆破設(shè)備模擬過程中，將煤體的預(yù)裂增透過程視為二維問題，建立平面應(yīng)變力學(xué)模型，根據(jù)測量結(jié)果確定模型的邊界條件；根據(jù)爆破管定向壓裂的所述數(shù)值模擬結(jié)果，獲取壓裂裂隙擴(kuò)展區(qū)域范圍，預(yù)測定向CO 2二氧化碳爆破設(shè)備對煤層瓦絲抽采的效果。

2 .根據(jù)煤巷的地質(zhì)條件和裂隙情況，確定所述數(shù)值模擬中煤巖體的力學(xué)參數(shù)。

3 .所述數(shù)值模擬過程考慮巖石破壞和流固耦合問題。

4 .所述數(shù)值模擬采用真實(shí)破裂過程分析RFPA系統(tǒng)進(jìn)行模擬。

5 .所述對煤體的定向CO2預(yù)裂增透過程進(jìn)行數(shù)值模擬為模擬一個定向預(yù)裂孔的的裂隙擴(kuò)展區(qū)域范圍。

6 .還包括對煤體的CO2預(yù)裂增透過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬，獲取二氧化碳爆破設(shè)備條件下裂隙擴(kuò)展規(guī)律。

7 .所述獲取二氧化碳爆破設(shè)備條件下裂隙擴(kuò)展規(guī)律包括，獲取爆破不同階段的裂紋發(fā)展情況。

8 .進(jìn)行所述三維數(shù)值模擬中，根據(jù)氣象壓裂后的裂隙區(qū)半徑，確定二氧化碳爆破設(shè)備孔的間距。

9 .設(shè)計(jì)方法還包括對定向壓裂前后單孔壓裂抽放流量進(jìn)行對比分析，以檢測所述數(shù)值模擬條件下的定向CO2二氧化碳爆破設(shè)備對煤層瓦絲的抽采效果。

一種應(yīng)用于高瓦絲煤巷CO2二氧化碳?xì)怏w爆破的設(shè)計(jì)方法技術(shù)領(lǐng)域本公開一般涉及煤巷開采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于高瓦絲煤巷CO2二氧化碳?xì)怏w爆破的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

目前我國的很多煤礦礦山為高瓦絲礦井，隨著煤炭巖石需求總量的不斷增加，開采已持續(xù)向深部推進(jìn)，深部煤層中瓦絲賦存含量大幅度增加。針對深部低透氣性高瓦絲煤層，常規(guī)的瓦絲抽放方法如預(yù)抽、本煤層抽采等方法，難以有效地使得煤層的瓦絲大量游離出來，造成煤層中瓦絲壓力極大。主要存在的問題有：鉆孔有效影響范圍小，施工工作量大，抽放效率低，需要采取卸壓增透、擴(kuò)大鉆孔有效影響范圍、提高鉆孔密封效果等有效技術(shù)措施，以達(dá)到提高瓦絲抽放效率的目的。在煤層巷道掘進(jìn)期間，瓦絲超限情況頻頻發(fā)生，降低了巷道掘進(jìn)速度，影響正常接替工作，嚴(yán)重影響到掘進(jìn)面的安全正常生產(chǎn)。如何有效解決煤層掘進(jìn)高瓦絲的影響，已刻不容緩。

針對煤層高瓦絲的賦存特征，已有的煤層掘進(jìn)面進(jìn)行了一些有效的嘗試工作，即采用CO2預(yù)裂增透技術(shù)。在煤層巷道高瓦絲地段利用CO2預(yù)裂技術(shù)，擴(kuò)大了煤層的透氣性，使得瓦絲抽采濃度大大增加。但預(yù)裂也使得煤體裂隙分布范圍較之以往，擴(kuò)展幅度更大，煤層巷道頂板的破碎程度更為嚴(yán)重。就瓦絲抽采效果而言，預(yù)裂范圍較大時，抽采效果越好。但是若預(yù)裂過度，極易引起掘進(jìn)面冒頂事故。采用怎樣的設(shè)計(jì)方法，在既能保證瓦絲抽采效果的同時，又能有效加強(qiáng)巷道冒頂控制，是現(xiàn)有技術(shù)亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，期望提供一種應(yīng)用于高瓦絲煤巷CO2二氧化碳?xì)怏w爆破的設(shè)計(jì)方法。地一方面，本申請實(shí)施例提供了一種應(yīng)用于高瓦絲煤巷CO2二氧化碳?xì)怏w爆破的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：確定預(yù)裂技術(shù)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，其中預(yù)裂孔設(shè)有用以實(shí)現(xiàn)定向預(yù)裂的楔形槽；根據(jù)所述預(yù)裂技術(shù)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，對煤體的定向CO2預(yù)裂增透過程進(jìn)行數(shù)值模擬，其中，在進(jìn)行定向CO2二氧化碳爆破設(shè)備模擬過程中，將煤體的預(yù)裂增透過程視為二維問題，建立平面應(yīng)變力學(xué)模型，根據(jù)測量結(jié)果確定模型的邊界條件；根據(jù)爆破管定向壓裂的所述數(shù)值模擬結(jié)果，獲取壓裂裂隙擴(kuò)展區(qū)域范圍，預(yù)測定向CO 2二氧化碳爆破設(shè)備對煤層瓦絲抽采的效果。根據(jù)煤巷的地質(zhì)條件和裂隙情況，確定所述數(shù)值模擬中煤巖體的力學(xué)參數(shù)，確保數(shù)值模擬的情況與實(shí)際工程地質(zhì)情況相符。所述數(shù)值模擬過程考慮巖石破壞和流固耦合問題，確保模擬的準(zhǔn)確性。

所述數(shù)值模擬采用真實(shí)破裂過程分析RFPA系統(tǒng)進(jìn)行模擬。

所述對煤體的定向CO2預(yù)裂增透過程進(jìn)行數(shù)值模擬為模擬一個定向預(yù)裂孔的的裂隙擴(kuò)展區(qū)域范圍，獲得一個二氧化碳?xì)怏w爆破設(shè)備孔的影響規(guī)律。還包括對煤體的CO2預(yù)裂增透過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬，獲取二氧化碳爆破設(shè)備條件下裂隙擴(kuò)展規(guī)律，非定向二氧化碳爆破設(shè)備孔的三維數(shù)值模擬與定向二氧化碳爆破設(shè)備孔的二維數(shù)值模擬相結(jié)合，可以更全面的反映預(yù)裂增透的擴(kuò)展規(guī)律。

所述獲取二氧化碳爆破設(shè)備條件下裂隙擴(kuò)展規(guī)律包括，獲取爆破不同階段的裂紋發(fā)展情況。進(jìn)行所述三維數(shù)值模擬中，根據(jù)氣象壓裂后的裂隙區(qū)半徑，確定二氧化碳爆破設(shè)備孔的間距，使二氧化碳爆破設(shè)備孔的布局更加科學(xué)合理。設(shè)計(jì)方法還包括對定向壓裂前后單孔壓裂抽放流量進(jìn)行對比分析，以檢測所述數(shù)值模擬條件下的定向CO2二氧化碳爆破設(shè)備對煤層瓦絲的抽采效果。數(shù)值模擬與現(xiàn)場檢驗(yàn)相結(jié)合，確保設(shè)計(jì)參數(shù)的準(zhǔn)確合理。