18 北京科技大学学报 第35卷 为例，得到了径向和环向应力衰减变化曲线，同时 证爆破过程安全 与根据式(1)和式(2)计算得到理论数据进行对比 3.1炮孔直径 (如图2所示).由图2可知，径向和环向应力峰值随 在聚能爆破作用下为促进煤体裂隙充分发育， 着煤体单元与炮孔中心距离的增大而减小，尤其在 同时弱化爆破粉碎作用，现场试验时采用径向不耦 炮孔0.5m范围内衰减明显，在0.5m范围之外应力 合装药.不耦合装药改变了爆炸能量在应力波和爆 曲线则趋于平缓.分析认为，爆破后炮孔近区煤体 生气体之间的分配比例，随着不耦合系数的增加， 受到爆炸冲击作用，应力在短时间内急剧增加到峰煤体初始应力峰值下降而应力衰减速度减缓，但不 值，随着传播距离的增加能量迅速衰减，导致应力耦合系数过大则会导致应力整体偏小，不利于裂隙 峰值偏小，同时将模拟结果与理论计算进行对比， 在爆破煤体内发育1.因此存在最佳不耦合系数， 发现两者变化趋势保持一致而前者数值偏大，其中 使得爆破煤体裂隙区范围达到最大. 不同位置处径向应力模拟值是理论值的1.45~4.17 现场试验时聚能爆破装药直径为45nm,径向 倍，环向应力模拟值是理论值的1.14.31倍.这 装药不耦合系数取决于爆破孔直径，考虑到爆破所 是由于理论分析主要考虑爆破载荷作用，而模拟还 用炮孔直径为75mm或89mm,因此分别建立聚 考虑了原岩应力和聚能装药结构对煤体的影响，在 能爆破模型（如图1）进行模拟，并选取煤体裂隙区 一定程度上能全面反映聚能爆破作用下煤体应力状 大小作为评价指标进行分析.根据煤体致裂判据不 态.因此，在确定聚能爆破部分参数时可以借助模 考虑聚能爆破静载阶段煤体裂隙的扩展1o,由模拟 拟手段进行研究 结果得到不同炮孔直径下煤体裂隙区范围如表1所 示.由表1可知，在装药直径为45mm、炮孔直径 3聚能爆破钻孔参数设计 分别为75mm和89mm条件下，爆破煤体裂隙区 聚能爆破作为一种增透措施，可以提高煤层透 聚能影响系数基本一致，但前者裂隙区范围明显大 气性促进瓦斯抽放.由于井下爆破环境复杂多变， 于后者，在煤体内形成较大范围的裂隙网络·分析 爆破过程中存在有不可控制因素，可能诱发矿井灾 认为炮孔直径为89mm时，由于径向装药不耦合系 害.因此在聚能爆破参数设计时，必须结合现场试 数偏大，空气层的缓冲作用导致煤体应力过小，与 验条件，在安全选址的前提下对施工过程中人为可 炮孔直径为75mm时的结果相比，爆破致裂效果 控参数进行综合分析，通过优化设计确定合理爆破 不显著，因此现场进行聚能爆破试验过程中，当药 孔参数，充分发挥聚能装药煤体致裂优势，同时保 卷直径为45mm时，炮孔直径选用75nm为宜. 160r 60 a 一理论值 一▲一理论值 120 ■…模拟值 45 ■一模拟值 &0 30 0L 兰1巴里 00.51.01.52.02.53.03.54.04.5 00.51.01.52.02.53.03.54.04.5 距离/m 距离/m 图2炮孔聚能方向煤体单元应力峰值变化曲线.(a)径向应力：(b)环向应力 Fig.2 Curves of peak stress change in the coal unit in the cumulative direction of the blast hole:(a)radial stress:(b)circumfer- ential stress 表1不同炮孔直径下煤体裂隙区范围 Table 1 Crack zone ranges of the coal body at different blast hole diameters 炮孔直径/mm装药直径/mm径向不耦合系数聚能方向裂隙区范围/cm非聚能方向裂隙区范围/crm裂隙区聚能影响系数 75 45 1.67 132.44~194.51 110.76177.80 1.09≈1.20 89 45 1.98 105.58~148.86 88.84125.86 1.151.19 3.2爆破孔与邻近抽放孔间距 透措施.在爆破作用下邻近抽放孔起导向作用，能 在聚能爆破试验区爆破孔周边布置有抽放钻 加快煤体裂隙的生成并能及时抽出瓦斯.然而邻近 孔，通常先对煤层瓦斯进行预抽，然后实施爆破增 抽放孔也为爆破煤体移动提供了补偿空间，容易造北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 为例 , 得到 了径向和环 向应力衰减变化曲线 , 同时 与根据式 和式 计算得到理论数据进行对 比 如 图 所示 由图 可知, 径向和环 向应力峰值随 着煤体单元与炮孔中心距离的增大而减小, 尤其在 炮孔 范围内衰减明显, 在 ,,, 范围之外应力 曲线则趋于平缓 分析认为 , 爆破后炮孔近区煤体 受到爆炸冲击作用, 应力在短时间内急剧增加到峰 值 , 随着传播距离的增加能量迅速衰减 , 导致应力 峰值偏小 同时将模拟结果与理论计算进行对 比, 发现两者变化趋势保持一致而前者数值偏大 , 其 中 不同位 置处径 向应力模拟值是理论值的 、 倍, 环 向应力模拟值是理论值的 倍 这 是由于理论分析主要考虑爆破载荷作用, 而模拟还 考虑 了原岩应力和聚能装药结构对煤体的影响, 在 一定程度上能全面反映聚能爆破作用下煤体应力状 态 因此, 在确定聚能爆破部分参数时可以借助模 拟手段进行研究 聚能爆破钻孔参数设计 聚能爆破作为一种增透措施, 可以提高煤层透 气性促进瓦斯抽放 由于井下爆破环境复杂多变, 爆破过程中存在有不可控制因素, 可能诱发矿井灾 害 因此在聚能爆破参数设计时, 必须结合现场试 验条件 , 在安全选址的前提下对施工过程 中人为可 控参数进行综合分析, 通过优化设计确定合理爆破 孔参数 , 充分发挥聚能装药煤体致裂优势 , 同时保 证爆破过程安全 炮孔直径 在聚能爆破作用下为促进煤 体裂隙充分发育 , 同时弱化爆破粉碎作用, 现场试验 时采用径向不祸 合装药 不藕合装药改变了爆炸能量在应力波和爆 生气体之间的分配 比例 , 随着不祸合系数的增加 , 煤体初始应力峰值下降而应力衰减速度减缓 , 但不 祸合系数过大则会导致应力整体偏小, 不利于裂隙 在爆破煤体内发育 , “ 因此存在最佳不祸合系数, 使得爆破煤体裂隙区范围达到最大 现场试验时聚能爆破装药直径为 , 径 向 装药不祸合系数取决于爆破孔直径, 考虑到爆破所 用炮孔直径为 或 , 因此分别建立聚 能爆破模型 如图 进行模拟 , 并选取煤体裂 隙区 大小作为评价指标进行分析 根据煤体致裂判据不 考虑聚能爆破静载阶段煤体裂隙的扩展 `。, 由模拟 结果得到不同炮孔直径下煤体裂隙区范围如表 所 示 由表 可知 , 在装药直径为 、炮孔直径 分别为 和 条件下, 爆破煤体裂隙区 聚能影响系数基本一致, 但前者裂隙区范围明显大 于后者, 在煤体 内形成较大范围的裂隙网络 分析 认为炮孔直径为 , 时, 由于径 向装药不祸合系 数偏大, 空气层的缓冲作用导致煤体应力过小, 与 炮孔直径为 时的结果相 比, 爆破致裂效果 不显著 因此现场进行聚能爆破试验过程 中, 当药 卷直径为 时, 炮孔直径选用 为宜 理论值 一 模拟值 ,日“ 七庄介」` 勺 月卜 人 , 口尸 咨 一 长妙哥烈刃鹭侧闰乏自叫弓 哥遥鸳恻誊只侧阅芝司 石 石 刀 刀 石 距 离 即离 图 炮孔聚能方向煤体单元应力峰值变化 曲线 径向应力 环向应力 、 、 一、 表 不同炮孔直径下煤体裂隙区范围 了即 圣 孟 炮孔直径加 装药直径加 径向不祸合系数 聚能方向裂隙区范围 非聚能方向裂隙区范围 裂隙区聚能影响系数 , 、 名 、 名 沼 、 、 爆破孔与邻近抽放孔间距 在聚能爆破试验 区爆破孔周边布置有抽放钻 孔, 通常先对煤层瓦斯进行预抽, 然后实施爆破增 透措施 在爆破作用下邻近抽放孔起导向作用, 能 加快煤体裂隙的生成并能及时抽 出瓦斯 然而邻近 抽放孔也为爆破煤体移动提供 了补偿空间, 容易造