【摘 要】
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为研究爆破作用下松软煤层的变形特征,构建了三向约束物理模型爆破实验系统,开展了“顶板-松软煤层-底板”结构的物理模型爆破实验。提出了松软煤层爆破变形的定量表征方法,结合密度云图分析和电阻率层析成像(ERT)方法,研究了煤层强度、药量和爆生气体对松软煤层爆破变形的影响规律。(1)构建了三向约束物理模型爆破实验系统,主要包括加载装置和YBD11型矿用网络并行电法仪、佳能EOS 60D数码相机和自制环刀
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为研究爆破作用下松软煤层的变形特征,构建了三向约束物理模型爆破实验系统,开展了“顶板-松软煤层-底板”结构的物理模型爆破实验。提出了松软煤层爆破变形的定量表征方法,结合密度云图分析和电阻率层析成像(ERT)方法,研究了煤层强度、药量和爆生气体对松软煤层爆破变形的影响规律。(1)构建了三向约束物理模型爆破实验系统,主要包括加载装置和YBD11型矿用网络并行电法仪、佳能EOS 60D数码相机和自制环刀等,能够实现0.72m*0.72m*0.3m尺寸的物理模型爆破实验。(2)提出了松软煤层爆破变形的定量表征方法,通过计算爆破裂隙面积Sa、爆破膨胀体积Vc和测量爆破空腔体积Vb来定量评价松软煤层爆破变形情况。引入从体积角度考虑的爆破变形评价指标V,可表示为V=Sah+Vc-Vb(h为煤层厚度),当V>0时,爆破后的煤层整体上为疏松状态;反之,则呈现压缩状态。(3)开展了“顶板-松软煤层-底板”结构的物理模型爆破实验,分析了煤层强度(0.145MPa、0.246MPa、0.354MPa、0.450MPa、0.548MPa)、药量(1.2g、1.7g、2.2g、2.7g、3.2g)和爆生气体对爆破变形特征的影响规律,发现当煤层强度低于0.25MPa时,煤层呈现的爆破变形为压缩状态;当药量为2.2g时,爆破裂隙面积最大,表明松软煤层爆破存在着可获得最大爆破裂隙面积的药量值。(4)提出了利用爆破前后煤层密度变化云图来分析煤层爆破变形的方法,发现爆破后松软煤层内出现了明显的压密区,且压密区在煤层中所占比例分布在23.9%～61.3%的范围内。(5)采用ERT方法反演分析了爆破前后松软煤层的区域电阻率变化,发现爆破后松软煤层内同时存在电阻率增大区和减小区,受爆生气体挤压作用的煤体所呈现的电阻率减小,仅受爆炸应力波作用的煤体电阻率增大。松软煤层爆破变形的电阻率响应结果与爆破变形过程伴随的密度变化结果基本一致。利用爆破变形定量表征、密度云图分析和ERT方法,得到了煤层强度、药量和爆生气体对松软煤层爆破变形的影响规律,发现了爆破后松软煤层内的局部压实现象。研究结果对应用爆破技术进行煤层瓦斯治理具有重要指导意义。图[150]表[12]参[101]
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