0 引 言

我国95%的煤矿开采是井工作业，50%以上的煤炭开采受到与煤伴生伴储的瓦斯困扰，瓦斯灾害已成为制约我国煤矿安全高效开采的重大难题[1]。目前，绝大多数煤矿均采用本煤层瓦斯抽采治理工作面瓦斯，由于煤层透气性差，瓦斯抽采浓度不高，抽采效率低，严重影响采掘接替平衡。深孔预裂爆破具备松动爆破与大直径卸压钻孔2种措施的优点，该技术在瓦斯治理中卸压效果明显、工艺简单，且经济技术效果好，已经成为提高低透气性煤层预抽瓦斯效果的一种重要技术手段[2-7]。

(3) 闭式系统作用面积不大于140 m2，闭式喷头开启温度为57 ℃，RTI(响应时间指数)不大于36(m·s)0.5。

煤层深孔预裂爆破过程中，爆破孔周围通常设计有控制抽采孔，这使得在爆破孔径方向增加了辅助自由面，促使径向裂隙和环向裂隙进一步扩散，大幅增加裂隙区的范围。可以说，控制抽采孔的存在对于爆破效果非常重要，选择合理的孔间距又制约着爆破效果的好坏；因此，确定合理的孔间距对矿井瓦斯抽采具有重要意义。

当工件占槽比为1/4时，镀层的外观最好，表面光亮如镜，颜色亮白，无滚筒眼子印。占槽比为1/6和1/3时镀层均发黄，个别样品出现黄斑。占槽比为1/6时甚至有镀层烧焦的现象，这可能是因为工件占槽比小时样品不断翻滚，导致镀件接触阴极的时间短，直接与阴极接触的样品出现瞬时电流密度过大的情况。而工件占槽比过高(1/3)时，样品过多，由于被表层样品遮挡和屏蔽，内层样品表面分布的电流密度低，电沉积慢，致使铜置换银离子成核的现象突出，产生了镀层不均匀的现象。因此选择占槽比为1/4。

在理论研究方面，文献[8-10]搭建了定向聚能试验系统，开展定向聚能爆破试验，分析聚能方向和非聚能方向的裂缝特征、应力演化规律。文献[11-12]利用数值模拟软件ANSYS建立深孔预裂爆破技术数值模拟模型并进行计算，研究不同爆破孔间距深孔预裂爆破后裂隙的扩展情况以及应力变化情况，对比得出深孔预裂爆破的合理孔间距。在工艺研究方面，文献[13-16]研制成功了煤矿瓦斯抽采水胶药柱、装药管和封孔器，解决了装药难和拒爆等关键技术。尽管对深孔预裂爆破技术的研究很多，但是对不同控制孔间距条件下深孔预裂爆破过程中裂缝特征及应力演化研究较少涉及，而合理的抽采孔与预裂孔间距同预裂爆破效果密切相关。

本次模拟的煤体参数选取大湾煤矿西井9号煤层。贵州水城矿业有限公司钟山区大湾煤矿(简称大湾煤矿)位于六盘水市钟山区，隶属于水城矿业集团股份有限公司，总设计生产能力300万t/a，现处于一矿三井的格局，其中大湾矿东井设计生产能力120万t/a，西井和中井的设计生产能力90万t/a。煤体的基本物理力学参数见表1。

1 煤体深孔预裂爆破破碎范围理论分析

根据现场工况，利用ANSYS/LS-DYNA建立数值计算模型如图1所示。模型尺寸为24 m×24 m，取半对称结构进行模型建立，轴向施加Z方向的对称约束，四周施加无反射边界条件，炮孔及抽采孔直径均为75 mm。

现场应用深孔预裂爆破技术提高瓦斯抽采率时，通常将预裂孔两边的控制孔作为瓦斯抽采孔，此时合理确定控制孔与爆破孔的间距是进行工程设计的主要内容之一。控制孔的受力状态体现在入射应力波和反射应力波的叠加效应上，当其拉应力强度大于煤体的抗拉强度时则该点处的煤体产生破坏,此时的孔间距可作为工程设计的理论依据。

2 数值模型建立及材料选择

煤层预裂爆破过程中，爆破孔周围控制抽采孔使爆破孔径方向增加了辅助自由面，当爆炸应力波传播到该自由面时，会反射成拉伸波，当拉伸波大于煤体抗拉强度时，就产生霍金逊效应，使煤体从自由面向里片落[17-19]；同时反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场叠加，促使径向裂隙和环向裂隙进一步扩散，大幅增加裂隙区的范围。对控制抽采孔在爆破过程的作用进行分析，主要有以下内容：①应力波在自由面的反射；②孔壁处煤体质点的位移；③孔壁附近煤体质点的应力；④控制孔与爆破孔合理间距分析。

  

图1 数值计算模型Fig.1 Numerical model

炸药材料模型在LS-DYNA中采用8号材料模型，即*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN。煤体采用的HJC模型(111号材料模型*MAT_JOHNSON_ HOLMQUIST_CONCRETE)，是在金属材料的JC模型的基础上，考虑到应变率效应，并修改了屈服面方程后改进而来。

因此，笔者根据煤体深孔预裂爆破增透机理，建立相应数值计算模型，分析不同孔间距抽采孔对深孔预裂爆破效果的影响。

 

3 数值模拟结果及分析

3.1 模拟概况

笔者拟在掘进工作面实施深孔预裂爆破增透措施，钻孔布置如图2所示。根据实践经验，一般认为3 m处抽采孔在爆破破碎严重区域范围之外，爆生气体无法扩展至抽采孔内，抽采孔仅受到爆炸冲击波的作用，故可认为抽采孔未产生爆炸能量的泄露；因此图2的钻孔设计方案中，建立5种工况模拟抽采孔对预裂爆破的效果，包括：工况一，孔间距为3 m；工况二，孔间距为4 m；工况三，孔间距为5 m；工况四，孔间距为6 m；工况五，孔间距为7 m。

  

图2 预裂孔与抽采孔钻孔布置方案Fig.2 Borehole arrangement plan for presplit hole and extraction hole

3.2 不同孔间距下的爆破增透效果及裂隙分布规律

平台经济作为一种新的经济形式，与传统企业相对封闭的管理与服务相比，互联网平台通过商务交易、扩散营销方式、沟通合作、个人偏好等分析，营造出满足消费者个人需求的服务环境。平台上的参与者可以通过沟通与反馈意见提升自我的参与意识，在消费竞争中，推动行业的有序发展。同时治理有效的平台能树立良好的企业形象，吸引更多的消费者。我们将学习、生活和消费更好地融合的同时，平台间的协作融合了云计算、物流、支付及相关服务，降低了参与者的交易成本，提升了商业效率；平台经济有开放的产权结构与互动关系，企业向社会开放，决策向员工开放，数据向公众开放，平台向伙伴开放[6]。

  

图3 工况一增透效果Fig.3 Enhancement effect of working condition One

  

图4 工况二增透效果Fig.4 Enhancement effect of working condition Two

  

图5 工况三增透效果Fig.5 Enhancement effect of working condition Three

  

图6 工况四增透效果Fig.6 Enhancement effect of working condition Four

  

图7 工况五增透效果Fig.7 Enhancement effect of working condition Five

通过对抽采孔内壁质点位移及振动速度的分析，随着孔间距的增大，抽采孔内壁质点位移、振动速度呈现减小趋势；由于工况二中出现能量耗散，工况二相较于工况三峰值振速较小，因此，可以确定工况三的孔间距对于深孔预裂爆破较为合适。

随着孔间距的增大，抽采孔对煤体爆生裂纹的影响逐渐削弱，工况三孔间距为5 m、工况四孔间距为6 m及工况五孔间距为7 m时，不再出现主裂纹贯穿抽采孔的现象；但对比各工况最终裂纹分布规律发现，虽然主裂纹不再贯穿抽采孔，但各工况终态裂纹分布并不完全相同。其原因是由于裂纹扩展相对于应力波传播具有一定的滞后效应，抽采孔对煤体中爆炸应力场分布产生影响，使得爆生主裂纹的扩展走势发生改变，但整体裂隙数量和尺寸并未有明显的影响，故可以认为抽采孔与预裂孔的孔间距虽然对裂隙整体走势产生影响，但对于煤层整体的增透效果并未产生明显差异。

3.3 抽采孔位移及孔壁质点振动速度分析

对各工况下抽采孔内壁上的质点进行位移时程曲线和速度时程曲线分析，如图8所示。

在图8a中，工况一塌孔，内壁质点位移曲线无法得到；工况二—工况五抽采孔内壁质点位移时程曲线变化趋势大致相同，在爆破后1 200 μs内，位移随着时间增加呈现急速变大的趋势，达到临界峰值后位移缓慢变化。图8a中，工况二的最大位移为1.27 cm，工况三的最大位移为0.79 cm，工况四的最大位移为0.82 cm，工况五的最大位移为0.62 cm，可以认为随着孔间距的增大，抽采孔内壁质点位移呈现减小趋势；其中孔间距超过4 m后，各工况下的抽采孔内壁质点最大位移变化不大。

  

图8 各工况抽采孔内壁质点位移和振动速度时程曲线Fig.8 Time history curves of particle displacement and vibration velocity in inner wall of pumping holeunder different working conditions

图8b中，工况一—工况五抽采孔内壁质点振动速度曲线变化趋势基本一致，在爆破后1 200 μs内，振动速度首先随着时间增加呈现增长的趋势，达到临界峰值后慢慢变小，直至最后速度为零。其中工况零，孔间距为3 m时质点峰值振速为74.70 cm/s；工况二，孔间距为4 m时质点峰值振速为45.76 cm/s；工况三，孔间距为5 m时质点峰值振速为55.68 cm/s；工况四，孔间距为6 m时质点峰值振速为45.70 cm/s；工况五，孔间距为7 m时质点峰值振速为40.14 cm/s。工况一距离爆源最近，故其质点振动速度最大，而工况二相较于工况三峰值振速较小，是由于工况二中出现贯穿抽采孔的裂隙而导致冲击波能量耗损而产生的。因此，可以认为随着孔间距的增大，抽采孔内壁质点振动速度呈减小趋势。

分析各工况下抽采孔内壁质点峰值振速，结合工程中常用的PPV安全判据(表2)和爆破振动安全允许标准，对不同孔间距下抽采孔的损伤程度进行判断，见表2。由表2可知，工况零情况下质点峰值振速为63.5～254 cm/s，会出现严重拉伸裂隙，数值模拟结果中也出现了贯穿抽采孔的主裂纹，可认为其会出现塌孔现象；而工况二、三、四、五的质点峰值振速均处在25～63.5 cm/s，即认为抽采孔内壁仅会出现轻微的拉伸层裂，爆炸冲击波不会影响抽采孔整体的稳定。

 

表2 爆破损伤的PPV临界值

 

Table 2 PPV critical value of blasting damage

  

质点振动峰值速度/(cm·s-1)损伤程度<25.025.0^63.563.5^254.0>254.0完整岩体不会致裂发生轻微的拉伸层裂严重的拉伸裂隙及一些径向裂隙完全破碎

3.4 结果分析

2015年5月，试生产企业获得江苏省淤泥制砖项目认定书，巨量长荡湖淤泥成为制作高档陶砖的材料，变废为宝。淤泥砖具备建筑节能、轻质保温特点，符合国家建筑节能的指标要求，对金坛乃至全省其它烧结墙材生产企业轮窑改造转产具有指导意义，对太湖流域和全国湖泊河道水环境治理都有示范作用。

观察图3—图7，不同抽采孔间距下煤体爆生裂纹的萌生及扩展过程，可知，工况二孔间距为4 m时爆生主裂纹会贯穿经过抽采孔，抽采孔可能会出现塌孔现象，且1 200 μs求解终止时裂纹扩展结束，贯穿抽采孔的主裂纹尺寸最大。

增透效果分析中，随着孔间距的变大，控制抽采孔对煤体爆生裂纹的影响逐渐削弱，但对于煤层整体的增透效果并未产生不可接受的影响；同时孔间距为4 m时爆生主裂纹会贯穿抽采孔，抽采孔可能会出现塌孔现象；抽采孔出现塌孔情况下，不仅影响周边预裂孔的爆破效果，而且对于瓦斯抽采效果存在较大影响，认为抽采孔与预裂孔间距应该大于4 m。

4 结 论

1)孔间距为4 m时爆生主裂纹会贯穿经过抽采孔，抽采孔可能会出现塌孔现象。

分别对5种不同工况的数值计算模型进行求解，得到不同时刻裂纹扩展及分布规律，不同工况下，抽采孔对煤体中爆炸应力场分布影响如图3—图7所示。

2)随着孔间距的增大，抽采孔对煤体爆生裂纹的影响逐渐削弱；3～7 m的孔间距区间，抽采孔与预裂孔的孔间距虽然对裂隙整体走势产生影响，但对于煤层整体的增透效果并未产生不可接受的影响。

玛格利特提出的个体的记忆责任，也适用于中国人。今天，我们已经有纪念南京大屠杀遇难同胞的设施，出版了众多的历史著作，这些均可纳入公共记忆机制中。而记忆的分工告诉我们，无论公共机制如何多样或稳定，都无法让个体免于交流记忆的责任。如果个体只是被动接受最基本的、千篇一律的大屠杀的表象，而不相互沟通的话，那么，有关南京大屠杀的记忆将会变得僵化而狭隘。

3)随着孔间距的增大，抽采孔内壁质点位移、振动速度呈减小趋势；孔间距为4 m时出现贯穿抽采孔的裂隙，孔间距为4 m时的质点振动速度小于孔间距为5 m时的质点振动速度。

4)确定深孔预裂爆破的预裂孔与抽采孔最佳间距为5 m。

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