掘进工作面水环保压聚能定向爆注卸压技术与装置

针对永城市薛湖煤矿局部聚能爆注效果差及未确定局部聚能爆注卸压的影响范围,不能在工作面合理布置聚能爆注孔间距的难题,通过理论分析、ANSYS/LSDYNA数值模拟及工业性试验,设计一种局部水环保压装置,对薛湖煤矿局部水环保压下聚能爆注卸压进行研究与应用,结果表明:①通过ANSYS/LSDYNA发现,水的低压缩性能够聚集炸药爆炸的能量,煤体损伤范围显著增大,水介质耦合时煤体完全损伤范围为空气耦合时的 3.14倍;水介质耦合时煤体损伤裂纹长度范围为空气耦合时的 2.71倍.水介质使聚能炸药能量均匀作用在煤体上,减弱聚能管的定向作用,钻孔周围裂隙均匀发育扩展,无定向裂隙扩展,通过在水介质和钻孔壁间设置聚能管能够有效聚能和定向扩展裂隙.当炸药处于钻孔、水体中心时,煤体裂隙扩展、爆注空腔面积均优于炸药处于钻孔、水体下部时.②水环保压装置使炸药始终处于钻孔、水体中心,环向约束炸药,减少炸药爆炸径向能量损失,增强炸药作用于煤体上的能量.水环保压装置内部设置聚能槽,使得存水保压、聚能一体化,起到有效的聚能定向卸压作用.③通过工业性试验对比聚能爆注前后钻孔内的瓦斯参数变化,得出薛湖煤矿局部水环保压下聚能爆注影响半径为 2.5 m;在薛湖煤矿工作面以钻孔间距 5m布置局部水环保压聚能爆注孔,煤体局部裂隙扩展,集中应力得到转移与释放.通过爆注后的水环保压装置向煤层中注水,使得爆注孔变为煤层注水孔,可以进一步浸润煤体,改变煤体性质,改善工作面环境.由于水环保压聚能爆注技术存在爆破空腔面积大、定向聚能扩展裂隙及注水改变围岩性质的优势,可将此技术用于切割顶板,强制放顶.