李雅庄矿2- 226 工作面深孔预裂爆破增透抽采技术应用_程千博.pdf

李雅庄矿 2- 226 工作面深孔预裂爆破增透抽采技术应用 程 千 博 （霍州煤电集团有限责任公司李雅庄矿 ， 山西 霍州 031400 ） 摘要 为有效提高 2- 226 工作面的瓦斯抽采效率， 根据 2 煤层瓦斯赋存情况， 确定采用深孔预裂爆 破技术进行增透， 通过具体分析深孔预裂爆破技术原理， 结合工作面特征进行爆破方案中各项参数的 设计， 并具体进行爆破孔装药结构工艺和封孔工艺的阐述； 在爆破方案实施后， 具体进行本煤层瓦斯 抽采数据的监测与分析。 结果表明 2- 226 工作面采用深孔预裂爆破技术后， 本煤层瓦斯抽采期间， 抽 采浓度提升明显， 本煤层预抽时间缩短一倍， 煤层增透效果显著。 关键词 深孔爆破 ； 煤层增透 ； 预抽钻孔 ； 瓦斯浓度 中图分类号 TD712.6文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0065- 03 Application of deep hole presplit blasting enhanced permeability drainage technology in 2-226 face of Liyazhuang Mine CHENG Qianbo （Huozhou Coal Power Group LiyazhuangCoal ，Huozhou 031400 ， China ） Abstract In order to effectively improve the gas extraction efficiency of the 2- 226 face, according to the occurrence of gas in the 2 coal seam, it is determined to use the deep hole pre- splitting blasting technology to enhance the permeability, through the specific analysis of the deep hole pre- splitting blasting technology principle, combined with the working face characteristics Carry out the design of various parameters in the blastingplan, and specificallyelaborate the blastinghole charge structure process and sealingprocess; after the blastingplan is implemented, the monitoring and analysis of the gas drainage data of this coal seam will be carried out. The results show that after the deep- hole pre- splitting blasting technology is adopted in the 2- 226 working face, during the gas drainage of the coal seam, the extraction concentration is significantlyincreased, the pre- drainage time ofthe coal seamis doubled, and the permeabilityenhancement effect ofthe coal seamis remarkable. Key words Deep hole blasting; coal seampenetration enhancement ; pre- drainage drilling; gas concentration 1工程概况 山西霍州煤电集团有限责任公司李雅庄煤矿 为高瓦斯矿井，矿井 2- 226 工作面位于二采区， 工 作面倾斜长度为 180m， 倾斜长度为 1350m， 开采 2 煤层， 2 煤层位于山西组中部，为本井田的主要可 采煤层， 厚度 0.65m～4.27m， 平均 2.75m， 煤层坚固 性系数 f 为 0.54～0.68， 煤层含 0- 3 层夹矸， 夹矸厚 度为 0.10～0.40m， 平均厚度为 0.22m， 夹矸岩性一般 为黑色泥岩， 煤层顶板为粉砂岩或泥岩， 底板一般 为灰色细砂岩或粉砂岩， 具微波状层理， 局部为黑 色泥岩。 工作面采用综合机械化开采， 采用 “U” 型通 风， 工作面的配风量为 2000m3/min。 根据矿井地质资料可知， 2- 226 工作面区域的 绝对瓦斯涌出量为 10m3/min，工作面内原始瓦斯压 力 0.475MPa， 吨煤瓦斯含量为 6.569m3/t， 可解吸瓦 斯量为 4.727m3/t， 不可解吸量为 1.842m3/t。煤层透 气性系数为 0.4625m2/MPa2 d， 钻孔瓦斯流量衰减系 数为 0.043d-1，结合表 1 中的煤层的抽采难以程度 划分标准可知 2 属于可以抽采煤层。基于上述数 据可知， 虽然 2 煤层属于可抽采煤层， 但由于其煤 层透气性较低会致使瓦斯抽采较为困难， 现采用深 孔预裂爆破技术进行增透， 以提高瓦斯抽采率。 表 1煤层的抽采难以程度划分标准 2深孔预裂爆破技术原理 深孔预裂爆破技术主要是使用乳化炸药产生 的爆炸应力波使得煤层内部的孔隙率有效增大， 该 技术的主要目的是增加煤体内部裂隙的长度的数 量。在无限介质中， 炸药在钻孔爆炸后， 会产生大量 的高温高压爆生气体和强大的冲击波， 在高压气体 和冲击波的作用下， 煤岩体内的会产生环向裂隙和 径向裂隙区域，两种裂隙的交叉区域即为爆破中 区， 在爆破力作用下被爆介质仅出现震动， 将该区 域称为震动区。炸药产生的爆生气体会产生准静态 应力场， 其会在被爆煤岩体中的裂隙尖端位置处出 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 类 别 钻孔流量衰减系数 a （d-1） 煤层透气性系数 （m2/MPa2 d） 容易抽采＜0.003＞10 可以抽采0.003～0.0510～0.1 较难抽采＞0.05＜0.1 65 ChaoXing 现应力集中，使得煤岩体内部的裂隙进一步扩散， 且裂隙在爆生气体的作用下， 其扩展方向始终朝着 应力较低的区域扩展[1]。 深孔预裂爆破作业时一般布置两种钻孔， 一种 为装药的爆破孔， 另一种为不装药的控制孔， 当炸 药在爆破孔内爆炸后， 会在孔周围形成 3 倍炮孔长 度的初始裂隙， 且其会使得煤岩体内原有的裂隙进 行一步张开与扩展， 在爆炸应力波过后， 爆破中区 煤岩体内的裂隙仍会在爆生气体的作用下进一步 扩展， 便会在爆破孔周围形成交叉裂隙网。爆破远 区的煤岩体， 在控制孔的作用下， 其内部径向裂隙 尖端处的应力场与反射拉伸波相互叠加， 促使煤岩 体内部的环向和径向裂隙进一步发育， 增大裂隙区 的范围。深孔预裂爆炸后， 爆破孔周围的煤岩体会 形成压缩粉碎圈、 环向和径向裂隙圈、 次生裂隙圈， 各项裂隙相互连通形成裂隙网络[2]，具体深孔预裂爆 破后煤岩体内裂隙的分布情况如图 1 所示。 图 2深孔预裂爆破后裂隙分布示意图 3深孔预裂爆破增透方案 3.1方案设计 根据上述深孔预裂爆破原理，结合 2- 226 工作 面的特征， 进行深孔预裂爆破方案的设计， 具体如下 1） 钻孔布置 根据众多理论试验研究与工程实 践结果表明[3-4]， 当控制孔与爆破孔的间距大于 10m 时，深孔爆破对钻孔抽采瓦斯浓度的影响较小， 当 孔间距在 8m 时，深孔预裂爆破对瓦斯抽采钻孔的 影响开始显著， 基于上述结论， 并考虑经济因素， 综 合确定爆破孔与控制孔的孔间距为 7m。 设置深孔预裂钻孔布置在回风顺槽内， 钻孔距 巷道底板 1.4m， 布置钻孔时每两个控制孔中间布置 一个爆破孔，设置爆破孔与控制孔的孔径分别为 Φ73mm 和 95mm。 爆破孔与控制孔间的间距为 7m， 爆破孔间的间距为 14m， 控制孔与爆破孔均垂直于 巷道帮部布置， 具体工作面区域钻孔布置形式及装 药量等参数如表 1 所示， 具体深孔预裂钻孔布置形 式如图 2 所示。 表 1深孔预裂爆破钻孔参数表 图 2深孔预裂爆破钻孔布置示意图 2） 装药与封孔现在被筒前端进行钻出细孔， 将 导爆索从细孔中穿过， 同时将导爆索固定在第一节 被筒前端， 随后依次将被筒穿过导爆索， 逐节送入 钻孔内， 当装药长度达到设计长度后， 进行起药包 的制作， 将两个电雷管插入被筒内， 随后将两个电 雷管并联， 当起爆药包制作完毕后， 随后采用木质 炮棍将被筒送至封孔位置， 并将母线引出值放炮地 点， 具体预裂爆破装药结构如图 3 所示。 图 3深孔预裂爆破钻孔装药示意图 爆破孔采用 ZQF 封孔器压风喷泥技术进行封 孔作业。当钻孔装药完毕后， 先使用炮棍在起爆药 包后采用炮泥封堵 300mm， 以防止使用封孔器进行 压风喷泥时出现误爆现象[6]， 随后将炮泥装入封孔 器内，在封孔器内压力达到 0.6MPa 时打开喷泥阀 门， 在距离炮头 0.6m 的位置处进行喷泥作业， 在喷 泥压力降低至 0.3MPa 时关闭阀门，等待压力升高 至 0.6MPa 时， 再次打开喷泥阀门， 如此反复进行喷 泥作业， 持续至封孔长度达到设计要求。 3.2效果分析 2- 226 工作面主要采用高位裂隙钻孔 高位钻 场 本煤层抽采相结合的瓦斯抽采方案， 现为验证 分析 2- 226 工作面深孔预裂爆破增透效果， 在爆破 钻孔实施后， 本煤层抽采作业时， 持续进行两个月 瓦斯抽采浓度和流量数据的监测记录， 根据记录结 果得出预裂爆破后本煤层抽采钻孔参数及抽采瓦 斯参数如表 3 所示。 根据 2- 226 工作面邻近工作面本煤层瓦斯抽 采参数可知， 在未采用深孔预裂爆破时， 本煤层单 孔瓦斯抽采浓度平均约为 13， 根据表 3 中的数据 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 钻孔类型 钻孔长度 /m 炮孔直径 /mm 开孔高度 装药长度 /m 封孔长度 /m 装药直径 /mm 爆破孔9073 距底板 1.4m 551540 控制孔9595 距底板 1.4m 40 66 ChaoXing （上接第 64 页 ） 步距平均值为 13.2m， 二者相差不大， 因此工作面宽 度的变化对老顶断裂、 垮落影响不大， 因此初步确定 工作面宽度对周期来压步距影响较小。 3 ） 通过微震监测系统确定周期来压步距， 可提前 采取相应的防冲措施， 提高了防冲管理水平， 降低了 老顶垮落诱发冲击地压的风险。 4 ） 利用微震监测系统确定回采工作面初次来压、 周期来压时间、 步距可推广应用至所有安设微震监测 系统的冲击地压矿井， 该方法确定初次来压、 周期来 压简单、 准确， 可切实提高矿井顶板管理、 冲击地压防 治水平。 参考文献 [1] 毛勇奋， 林飞， 郭伟成等.综放工作面周期来压分析研究 [J].陕西煤炭， 2014.12 14- 16. [2] 余刚. 潘四东矿复杂条件下半孤岛工作面初次来压分析 研究[J].内燃机与配件， 2017.01 116- 118. [3] 王建坤， 刘超等 条带预采上分层凹型煤体开采冲击地压监 测数据分析[J].内蒙古煤炭经济， 2019.05 102- 104141. [4] 常龙， 田庆祝， 周伟等. 煤矿开采过程中采煤工作面老顶 初次来压步距及周期来压步距的计算方法[J].内蒙古煤 炭经济， 2013.10 94- 96. [5] 王创业， 谷雷， 高照等. 微震监测技术在矿山中的研究与 应用[J].煤炭技术， 2019.10 45- 48. [6] 梁东辉. 微震事件与工作面推采速度采高的关系研究[J]. 陕西煤炭， 2017.10 27- 29. 作者简介 梁东辉 （1989-） ， 男,山东济宁人,汉族,工程师,大学本科, 现就职于济宁市金桥煤矿防冲办公室， 从事矿井冲击地压防 治工作。（收稿日期 2019- 11- 20 ） 可知， 采用深孔预裂爆破后， 本煤层单孔平均瓦斯 抽采浓度提升至 36， 提升幅度显著， 从工作面整 体抽采率分析，当工作面采用深孔预裂爆破后， 抽 采率达到 46， 未采用深孔预裂爆破时， 本煤层瓦 斯抽采时间为 6 个月， 采用预裂爆破后的预抽时间 缩短为三个月， 预抽时间缩短一倍。基于上述分析 可知，深孔预裂爆破技术有效提升了煤层的透气 性， 提升了工作面瓦斯抽采效率。 表 3深孔预裂爆破后本煤层钻孔及抽采瓦斯情况数据表 4结论 根据 2- 226 工作面的地质条件， 通过具体分析 深孔预裂爆破理论， 进行工作面深孔预裂爆破方案 的具体设计， 确定爆破孔装药长度为 55m， 封孔长 度为 14m， 并具体进行装药及封孔工艺的设计。通 过对本煤层钻孔抽采数据的分析可知， 深孔预裂爆 破后， 瓦斯抽采浓度明显增大， 有效缩短了本煤层 钻孔预抽时间， 煤层增透效果显著。 参考文献 [1] 刘志. 硬岩顶板深孔爆破增透技术抽排瓦斯的方案设计 与应用[D].安徽理工大学,2017. [2] 刘健,刘泽功,高魁,等.深孔定向聚能爆破增透机制模拟 试验研究及现场应用 [J]. 岩石力学与工程学报,2014,33 （12） 2490- 2496. 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