·1618 工程科学学报，第42卷，第12期 煤体裂隙的发育与扩展 裂隙向两爆破孔右侧扩展.对比图9(c)~(e)可 2.5聚能爆破爆炸应力波对裂隙扩展的影响 知，临近爆破孔的应力波传播过后，裂隙空白带内 为进一步研究相邻两个聚能爆破孔同时起爆 逐渐出现非连续裂隙C-C,表明裂隙空白带内残余 时应力波叠加效应对裂隙扩展的影响，模拟了应 应力与临近爆破孔应力波的压缩应力相互叠加， 力波对裂隙扩展的影响，如图9所示.对比图9(a) 增大了煤体质点的拉伸应力导致煤体质点被拉伸 和(b)可知，左右两个爆破孔的定向裂隙C-A扩展 破坏，而应力波强度随着其向外传播不断衰减，煤 过程中裂隙尖端的应力场与来自邻近爆破孔的应 体质点的拉伸应力强度逐渐降低，当拉伸应力小 力波相互叠加，将促使定向裂隙的扩展与分叉，对 于煤体的动态抗拉强度时裂隙扩展终止，从而形 比图9(b)~(f)中径向裂隙C-B可知，来自临近爆 成了非连续裂隙.对比图9(c)~(f)可知，定向裂 破孔的应力波与裂隙尖端的应力场相互叠加之 隙贯通后，贯通区上部和下部逐渐出现了垂直方 后，裂隙尖端的应力场发生显著变化，致使裂隙继 向裂隙C-D,表明定向裂隙扩展贯通为爆生气体提 续扩展过程中逐渐偏离了初始方向，左爆破孔的 供了通道，爆生气体在贯通区相互碰撞促进了裂 径向裂隙向两爆破孔左侧扩展，右爆破孔的径向 隙的发育与扩展从而形成了垂直方向裂隙. [a r.H Pressure wave e 图9煤层深孔聚能爆破相邻两孔同时起爆过程中应力波对两爆破孔之间裂隙扩展的影响.(a)=1955s:(b)=2320us:(c)=2965us:(d)= 3085us;(e)=4355s:(f)=5630s Fig.9 Effect of the stress wave on crack propagation between two blastholes during the simultaneous detonation of two blastholes:(a)F1955 us; (b)=2320us:(c)=2965μs:(d=3085μs:(e)=4355s:()=5630s 由图10可知，来自相邻爆破孔的应力波传播 3 工程应用试验 过后，两爆破孔左侧和右侧径向裂隙CF以及上 3.1试验区瓦斯地质条件 部和下部径向裂隙CE的扩展方向均发生显著的 以平煤股份十矿己15.16-24130工作面中间煤巷 变化，表明来自相邻爆破孔的应力波与裂隙尖端 为深孔聚能爆破致裂增透试验区，该工作面垂 应力场相互叠加后改变了裂隙尖端合应力的方 深980~1185m,地质构造相对简单，煤层倾角较 向，主导了径向裂隙C-E和C-F的转向. 小.所采己15、16煤层属二叠系下统山西组，煤层瓦斯压 综上，两相邻爆破孔同时起爆时应力波叠加 力和瓦斯含量较高，最大瓦斯压力为3.2MPa,最 效应是促进两爆破孔左右两侧径向裂隙定向扩展 大瓦斯含量为12.5m3t,煤层透气性系数约为 的关键因素，同时也是抑制两爆破孔之间径向裂 0.052~0.076m2MPa2d,是典型的高瓦斯低透 隙（定向裂隙除外）扩展贯通的重要因素 气性煤层煤体裂隙的发育与扩展. 2.5    聚能爆破爆炸应力波对裂隙扩展的影响 为进一步研究相邻两个聚能爆破孔同时起爆 时应力波叠加效应对裂隙扩展的影响，模拟了应 力波对裂隙扩展的影响，如图 9 所示. 对比图 9（a） 和（b）可知，左右两个爆破孔的定向裂隙 C-A 扩展 过程中裂隙尖端的应力场与来自邻近爆破孔的应 力波相互叠加，将促使定向裂隙的扩展与分叉. 对 比图 9（b）～（f）中径向裂隙 C-B 可知，来自临近爆 破孔的应力波与裂隙尖端的应力场相互叠加之 后，裂隙尖端的应力场发生显著变化，致使裂隙继 续扩展过程中逐渐偏离了初始方向，左爆破孔的 径向裂隙向两爆破孔左侧扩展，右爆破孔的径向 裂隙向两爆破孔右侧扩展. 对比图 9（c）～（e）可 知，临近爆破孔的应力波传播过后，裂隙空白带内 逐渐出现非连续裂隙 C-C，表明裂隙空白带内残余 应力与临近爆破孔应力波的压缩应力相互叠加， 增大了煤体质点的拉伸应力导致煤体质点被拉伸 破坏，而应力波强度随着其向外传播不断衰减，煤 体质点的拉伸应力强度逐渐降低，当拉伸应力小 于煤体的动态抗拉强度时裂隙扩展终止，从而形 成了非连续裂隙. 对比图 9（c）～（f）可知，定向裂 隙贯通后，贯通区上部和下部逐渐出现了垂直方 向裂隙 C-D，表明定向裂隙扩展贯通为爆生气体提 供了通道，爆生气体在贯通区相互碰撞促进了裂 隙的发育与扩展从而形成了垂直方向裂隙. (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图 9    煤层深孔聚能爆破相邻两孔同时起爆过程中应力波对两爆破孔之间裂隙扩展的影响. （a）t=1955 μs；（b）t=2320 μs；（c）t=2965 μs；（d）t= 3085 μs；（e）t=4355 μs；（f）t=5630 μs Fig.9     Effect  of  the  stress  wave  on  crack  propagation  between  two  blastholes  during  the  simultaneous  detonation  of  two  blastholes:  (a) t=1955  μs； (b) t=2320 μs；(c) t=2965 μs；(d) t=3085 μs；(e) t=4355 μs；(f) t=5630 μs 由图 10 可知，来自相邻爆破孔的应力波传播 过后，两爆破孔左侧和右侧径向裂隙 C-F 以及上 部和下部径向裂隙 C-E 的扩展方向均发生显著的 变化，表明来自相邻爆破孔的应力波与裂隙尖端 应力场相互叠加后改变了裂隙尖端合应力的方 向，主导了径向裂隙 C-E 和 C-F 的转向. 综上，两相邻爆破孔同时起爆时应力波叠加 效应是促进两爆破孔左右两侧径向裂隙定向扩展 的关键因素，同时也是抑制两爆破孔之间径向裂 隙（定向裂隙除外）扩展贯通的重要因素. 3    工程应用试验 3.1    试验区瓦斯地质条件 以平煤股份十矿己15.16-24130 工作面中间煤巷 为深孔聚能爆破致裂增透试验区，该工作面垂 深 980 ～ 1185 m，地质构造相对简单，煤层倾角较 小. 所采己15、16 煤层属二叠系下统山西组，煤层瓦斯压 力和瓦斯含量较高，最大瓦斯压力为 3.2 MPa，最 大瓦斯含量为 12.5 m3 ·t−1，煤层透气性系数约为 0.052～0.076 m2 ·MP·a−2·d−1，是典型的高瓦斯低透 气性煤层. · 1618 · 工程科学学报，第 42 卷，第 12 期