基于深孔控制爆破技术的低透气性煤层瓦斯抽采研究_吉军军.pdf

煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 隆博煤业属瓦斯矿井， 开采的 2下 煤层属于低 透气性煤层， 瓦斯抽放效果差。 长期以来， 提高煤层瓦 斯抽放率一直是安全生产中亟待解决的难题。 近几年 来， 随着煤矿大功率机械化采掘装备投入生产及开采 技术水平的提高， 采掘规模日益扩大， 矿井瓦斯涌出 量大幅度上升， 造成瓦斯频繁超限， 严重制约了煤矿 的安全生产， 先进的采掘装备不能充分发挥应有的作 用。另一方面， 伴随着煤矿开采深度和开采强度的增 加， 井下地质构造的日益复杂， 用过去传统方法治理 瓦斯已远远满足不了当前生产和安全的需要， 急需研 究新的瓦斯治理技术。 寻求一种科学的提高煤层透气性的关键技术是 解决低透气性难抽煤层迫在眉睫的事情， 虽然对提高 瓦斯抽放效果和瓦斯治理做过许多尝试， 但都未取得 根本的突破， 采用控制爆破技术对提高煤层透气性在 技术上明显优于其它的方法， 为此， 必须实施控制爆 破技术， 以提高煤层的透气性， 达到彻底治理瓦斯的 目的。 1工程概况 5009 工作面回采到 700m 位置处 （距巷口 640m ） ，工作面瓦斯涌出量较大， 5009 工作面最大绝 对瓦斯涌出量达到 14.35m3/min，工作面回采时引起 围岩及邻近层裂隙发育， 透气性增加， 使得邻近层解 吸瓦斯会通过这些裂隙向 2 下号煤层采煤工作面涌 出， 出现瓦斯异常涌出现象。 2深孔控制爆破技术 2.1可行性分析 在通过增大煤层透气性， 提高瓦斯抽放率的方法 中， 控制爆破技术明显优于其它技术， 从前景上也被 认为是最有可能得到实际应用的方法。 它的作用有三 个方面 爆破后抽放孔扩大、 煤层形成可控的裂隙网 以增加抽出量； 使煤层中共生的吸附瓦斯通过振动由 吸附状态变成游离态便于排出； 还可通过爆破改变煤 层的应力分布， 大幅度降低瓦斯压力， 防止瓦斯突出。 在理论研究方面可利用国际上先进的高速激光 全息光测系统和大型动态数值模拟分析软件， 对钻孔 条形药包爆破特性及相关问题进行系统研究， 从技术 上研究是可行的。以多方位、 多手段揭示条形药包爆 破的本质属性， 在实际爆破技术研究中取得了关键技 术的突破， 克服过去同类研究无法真正用于生产和理 论研究的缺陷， 研究出致裂有效、 安全可靠、 易于操作 和便于推广的爆破方法， 爆破后瓦斯抽放效果极为显 基于深孔控制爆破技术的低透气性煤层瓦斯抽采研究 吉 军 军 （大同煤矿集团临汾宏大矿业有限责任公司 ， 山西 临汾 041000 ） 摘要 为解决煤层抽放瓦斯效率低的问题， 结合隆博煤矿的工程概况， 采用瓦斯孔超长炮孔控制爆 破技术法， 配合抽放孔封孔技术的改进等措施， 以提高煤层透气性。 结果表明 该技术大幅度提高了煤 矿瓦斯抽放率， 大大改善了矿山的瓦斯状况， 为矿区大幅度提高煤炭产量奠定了坚实基础。 关键词 深孔 ； 爆破 ； 瓦斯 中图分类号 TD712文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0076- 03 Research on gas drainage in low permeability coal seam based on deep hole controlled blasting technology JI Junjun （DatongCoal Mine Group Linfen Hongda MiningCo., Ltd. ， Shanxi Linfen 041000 ） Abstract in order to solve the problem of low efficiency of gas drainage in coal seam, combined with the general situation of Longbo coal mine, the control blastingtechnology ofgas hole super longblast hole is adopted, combined with the improvement ofhole sealingtech- nology ofdrainage hole, so as to improve the permeability of coal seam. The results showthat the technology greatly improves the gas drainage rate of the coal mine, greatly improves the gas condition of the mine, and lays a solid foundation for greatly improving the coal output of the mine. Key words deep hole ; blasting; gas 76 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 著， 对提高瓦斯抽放率、 防止瓦斯突出具有重要的作 用。 2.2方案总体 为彻底解决本煤层抽放中遇到的问题， 针对煤矿 瓦斯抽放中的具体问题， 结合矿区的地质条件和煤层 分布状况， 确立了煤层超长钻孔预裂爆破项目的总体 目标和技术路线。总体目标是 以煤矿生产中面临的 瓦斯问题为攻关目标， 实现超长炮孔 （50～100m ） 的 煤矿预裂控制爆破技术， 使之用于本煤层等多种抽放 方式中， 探索水压控制爆破技术在下向孔煤层中的应 用。将爆破后的瓦斯抽放率较爆破前提高 50以上， 抽放时间缩短抽放时间缩短三分之一， 总体抽放成本 降低。 通过攻关达到技术上安全可靠、 操作简便、 成本 较低。 该爆破技术以最终将爆破技术运用于瓦斯抽放 日常工作为目的。 技术路线是 实行产学研相结合， 以爆破技术为 支撑。根据全息动光弹、 全息干涉方法确定的条形药 包爆破应力位移场特点，运用 DYNA 软件进行数值 模拟所确定的爆破参数和钻孔参数， 结合煤矿的实际 情况进行现场关键爆破技术的研究。 抓住主要技术矛 盾，突破过去预裂爆破存在的线装药密度不能调整、 装药易堵孔、 炸药选择违反规程、 操作有安全隐患等 诸多技术瓶颈。 关键爆破技术的确定 1 ）炮孔装药方式和装药结构。由于抽放孔大多 为水平孔， 向上或向下的角度较小， 无法像一般工程 爆破的垂直炮孔利用重力作用装药， 加之煤层松软易 塌孔、 瓦斯压力较大等， 装药相当困难， 因此装药方式 是瓦斯孔控制爆破能否成功的关键， 在试验开始根据 以往的同类研究的得失和我们的设想， 逐步采取以下 三种方式进行对比第一种利用压风装药器进行装 药； 第二种利用塑料管装药； 第三种利用柔性材料串 联连接装药法。 2 ）炸药品种的选择。以前的瓦斯孔控制爆破技 术之所以不能真正推广， 除了具有安全隐患、 操作复 杂工人不接受外， 另一个重要的原因是只能使用粉状 的铵梯炸药， 无法使用防水炸药。这样无法在众多有 水的煤层中运用， 另外新的 煤矿安全规程 明确规定 在瓦斯突出矿必须使用含水炸药， 这成了以往控制爆 破难以突破的障碍。现采用煤矿许用 3 安全炸药。 3 ）爆破参数的确定 ①钻孔直径的确定。 钻孔的 直径大小取决于煤层的赋存条件、 煤的力学性能和钻 孔设备的类型、 型号等， 同时也受预抽等多方面条件 的影响。一般来说， 煤质越硬， 钻孔越不容易塌孔， 所 以钻孔直径可以适当减小， 在钻机型号和煤层赋存条 件一定的条件下， 钻孔直径越大， 钻孔速度越慢， 钻孔 成本越高。 另外， 煤层的赋存条件越复杂， 地质构造变 化大， 煤层与夹矸交互越大的地段， 钻孔直径越不适 宜太大。其次， 钻机型号一定的条件下， 钻孔直径大， 钻孔速度也就越慢。所以就煤层条件、 地质构造和钻 孔设备几方面的条件而言， 钻孔直径不宜太大， 否则 钻孔速度将明显降低， 成本也将增加。 ② 钻孔间距的 确定。 合理的钻孔间距的大小取决于抽放率和抽放成 本的高低， 钻孔间距小， 钻孔密， 对抽放有利， 但钻孔 工作量和成本将大大增加。 利用先进的美国大型爆炸 问题计算软件 DYNA- 2D 对煤层在控制爆破作用条 件下应力分布、 煤层的应变状态和产生的裂隙扩展进 行模拟， 根据数值模拟的结果， 在现场进行不同阶段 的试验， 以便验证模拟结果， 摸索出爆后裂隙相连， 工 程量合理，经济低廉的炮孔间距。分别对孔间距为 6， 7， 8m进行试验， 采用隔孔爆破， 即爆破孔之间的间 距为 12m， 14m， 16m， 并最终确定孔距。 2.3方案实施 1 ）钻孔布置方式与施工参数。 采煤工作面机、 风 巷顺层钻孔沿煤层布置 （如图 1 ） ， 与工作面推进时的 煤壁平行， 以防止工作面提前割穿钻孔， 造成钻孔漏 气而影响钻孔抽放浓度和钻孔提前报废。钻孔浓度 80～120m，当机巷进行设备安装影响钻孔施工时， 风 巷顺层钻孔尽量加长。钻孔倾角与煤层倾角保持一 致， 钻孔间距 3～6m， 即抽放半径 1.5m， 采用深孔预裂 控制爆破提高煤层透气性时， 抽放半径为 3m， 机、 风 巷钻孔终孔点间距 10m，距边界 （切眼） 处煤帮 10～15m。开孔孔径 115mm （长 12 m ） ， 便于安装孔口 捕尘器和封孔， 终孔孔径 87mm～65mm。 图 1工作面顺层、 穿层钻孔布置图 2 ） 钻孔方式及封孔工艺。采用 ZY200 型、 MYZ150 型液压钻机施工钻孔，仰孔采用水压排 渣，俯孔采用风力排渣，孔口安装捕尘器除尘。用 KFB 型封孔泵封孔， 封孔长度 10～12m。封孔材料为 水 水泥 石膏， 按一定比例搅拌成浆体， 经封孔泵联 77 ChaoXing （上接第 75 页 ） 参数， 注浆结束后， 根据现场观测得出注浆堵水率达 到 97.5， 注浆效果良好， 保障了巷道掘进通过含水 层区域的安全。 参考文献 [1] 靳立创. 粗糙裂隙与裂隙网络动水注浆试验研究[D].中国 矿业大学, 2019. 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