深孔控制预裂爆破的作用机理

发布时间：2010-12-21 来源：本站原创 作者：无忧备件网

深孔控制预裂爆破抽放瓦斯方法是一种工艺完善和设备配套的强化抽放瓦斯技术。现场应用效果明显，百米钻孔瓦斯流量平均提高了3倍以上，煤层透气性系数提高了5倍，煤层瓦斯抽放率3个月达到26.6%。那么，深孔控制预裂爆破的作用原理又是怎样的呢？

一、爆破应力波的作用

在无限介质中，炸药在炮孔内爆破后，产生强大冲击波和大量高温高压爆生气体。由于爆炸压力远远超过介质的动抗压强度，使炮孔半径1-3倍范围以内的介质被强烈压缩、粉碎，形成压缩粉碎区，在该区内有相当一部分爆破能量消耗在对介质的过度破碎上；然后，冲击波透射到介质内部，以应力波形式向煤体内传播。在应力波作用下，介质质点产生径向位移，在靠近压缩区的介质是产生径向压缩和切向拉伸。当切向拉伸应力超过介质的动抗拉强度时会产生径向裂隙，并随应力波向前传播而扩展。在应力波向前传播的同时，爆生气体紧随其后迅速膨胀，进入由应力波产生的径向裂隙中。由于气体的尖劈作用，使裂隙继续扩展。随着裂隙的不断扩展，爆生气体的尖劈作用使裂隙继续扩展。随着裂隙的不断扩展，爆生气体膨胀，气体压力也迅速降低。当压力降到一定程度时，积蓄在介质中的弹性能就会释放出来，形成卸载波，并向炮孔中心方向传播，使介质内部产生环向裂隙，通常环向裂隙较少。由径向裂隙和环向裂隙互相交叉而形成的区域称之为裂隙区。当应力波进一步向前传播时，已经衰减到不足以使介质产生破坏，只能使介质质点产生震动，以地震波形式传播直至消失，因此把裂隙区以外的区域称为震动区（爆破远区）。

二、 爆生气体的作用

在应力波后，爆生气体产生准静态应力场，并楔入空腔壁上已张开的裂隙中，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展。在裂隙扩展过程中爆生气体首先进入张开宽度打、较平直、对气体楔入阻力小的大裂隙中；然后进入与之沟通的小裂隙中，直到爆生气体压力降到不足以使裂隙继续扩展为止。爆生气体在煤体内产生的准静态应力随距炮中心距离的增加而衰减，在煤体内存在爆生气体应力梯度。因而，爆破裂隙始终是向着远离炮孔方向发展；在爆破孔轴向方向若存在压力梯度，裂隙也会沿着轴向扩展。总之，裂隙在爆生气体压力驱动下始终朝着压力低的方向扩展。

三、瓦斯压力的作用

深孔控制预裂爆破是在煤与瓦斯固流耦合介质中进行的，瓦斯压力在裂隙的产生与扩展的整个过程中都骑着重要的作用。在爆破中区的瓦斯也参与了裂隙扩展，但是与爆生气体压力相比其作用较小；在爆破远区，爆生气体准静态应力明显降低，径向裂隙扩展已减缓或停止。此时，爆前处于力学平衡状态下的原生裂隙中的瓦斯由于爆炸应力场的扰动将作用于已产生的裂隙中，使裂隙进一步扩展。最后在爆破孔的周围形成包括压缩粉碎圈、径向裂隙和环向裂隙交错的裂隙圈及次生裂隙圈在内的较大的连通裂隙网。

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