深孔预裂爆破预抽瓦斯技术在峻德煤矿掘进工作面中的应用

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[摘 要]峻德煤矿为煤与瓦斯突出矿井，井田范围内的可采煤层具有煤层瓦斯含量高，煤层瓦斯压力大，地质构造复杂且透气性差的特点，掘进巷道掘进速度受到瓦斯的制约，为有效的治理瓦斯，提高掘进速度，提高矿井生产工作环境的安全性，我矿采用了深孔预裂爆破煤层增透技术，提高煤体硬度和煤层透气性，改变了煤体结构的不均匀性，大大的缩短了对煤层预抽的周期，使掘进工作面的瓦斯抽采效率极大地提高，煤层瓦斯压力和瓦斯含量迅速降低，从而能有效预防和消除在掘进过程中瓦斯超限和煤与瓦斯突出的危险性，进而提高巷道掘进速度。

[关键词]煤层透气性、煤层瓦斯含量、预抽、爆破

中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0227-01

0 前言

我国是世界上煤矿灾害最严重的国家之一。在众的灾害中，煤矿瓦斯事故不仅造成人民生命财产的巨大损失和环境灾害，而且还制约着矿业生产的发展，乃至整个国民经济和社会的可持续发展。瓦斯灾害伤亡和损失大，发生频率高。一旦发生瓦斯爆炸，不仅造成大量的人员伤亡，而且会严重摧毁矿井设施，中断生产，同时可能引发二次灾害，使整个生产难以在短期内恢复，还可能造成严重的人员伤亡与经济损失，引发恶劣的社会影响。是我国矿业发展中急待解决的重大问题。因此，加大瓦斯治理力度，是目前煤矿安全生产工作的当务之急，对于煤矿瓦斯治理过程中出现的难点、问题，需要我们煤矿工程技术人员积极的总结、积累，不断的探究和摸索，以扎实的理论基础和现场的实践经验为依据，最终将这些问题成功解决。

1 煤层透气性的概念

煤层透气性是指在压力差作用下，煤层气在煤层中流动的难易程度。中国采煤界采用透气性系数定量表示煤层透气性。中国矿业大学提出的测定煤层透气性系数的方法应用较广。该方法要点是，在煤矿井下从岩巷向煤层打钻孔，实测钻孔内的气体压力和气体流量，依据径向不稳定流动理论计算透气性系数（λ），单位是平方米/（平方兆帕・日）。其意义是在1立方米煤体两侧，压力差为二次方兆帕时，通过1米长的煤体，在此1平方米煤截面上，每日流过的煤层气气量。由于煤层气的主要成分为甲烷，甲烷的动力黏度在0℃时为1.084×10^-8帕・秒，煤层透气性系数（λ）为平方米/（平方兆帕・日），大致相当于煤层渗透率为0.025×10^-3平方微米。煤层透气性系数受多种地质因素的影响，变化较大。此系数是评价煤层瓦斯可抽放性的指标之一，系数小于10平方米/（平方兆帕・日）的煤层容易抽放瓦斯；系数小于0.1平方米/（平方兆帕・日）的煤层难以抽放瓦斯。

2 掘进工作面各因素与瓦斯涌出量的关系

2.1 瓦斯涌出量与掘进工艺的关系

研究表明，在赋存稳定、无地质构造的煤层中掘进时，掘进工艺对工作面瓦斯动态涌出的影响最大，掘进工作面瓦斯涌出量随掘进工艺变化波动较大。采用综掘机掘进时，割煤时瓦斯涌出量最大，采用炮掘时，以放炮落煤时瓦斯涌出量最大。

2.2 瓦斯涌出量与煤层厚度、巷道断面及掘进速度的关系

掘进工作面瓦斯涌出量与掘进速度的平方根成正比，即掘进速度快时，瓦斯涌出量就大。对于综掘面，由于掘进机截齿割煤连续作业，新鲜煤壁暴露的面积不断加大，落煤粒度小而均匀且量大，使得赋存于煤层中游离瓦斯迅速涌入到工作面，部分吸附瓦斯解吸涌入工作面，使得瓦斯涌出在短时间内迅速增大，其瓦斯涌出受掘进速度的影响较大。对于炮掘工作面，由于掘进速度慢，效率低，各工序之间不连续，其瓦斯涌出受掘进速度的影响不如综掘面那么明显。

3 深孔预裂爆破技术的作用机理

深孔预裂爆破是指炸药在煤体爆破孔内爆破过程中产生应力波和爆生气体，在爆破近区产生压缩粉碎区，形成爆炸空腔，煤体固体骨架发生变形破坏，在爆炸空腔壁上产生长度约为炮孔半径数倍的初始裂隙；此外，空腔壁上部分原生裂隙将会扩展、张开。在爆破中区，应力波过后，爆生气体产生准静态应力场，并楔人空腔壁上已张开的裂隙中，与煤层中的高压瓦斯气体共同作用于裂隙面，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展，进而在爆破孔周围形成径向“之”字形交叉的裂隙网。在爆破远区，由于爆破孔附近存在辅助自由面―控制孔的作用，形成反射拉伸波，当拉伸波大于介质的抗拉强度时，介质从自由面向里剥落。同时，反射拉伸波和径向裂隙尖端处的应力场相互叠加，促使径向裂隙和环向裂隙进一步扩展，大幅增大裂隙区的范围。同时，原生裂隙中的瓦斯，由于爆炸应力场的扰动将作用于已产生的裂隙内，使裂隙进一步扩展。最后，在爆破孔周围形成包括压缩粉碎圈、径向裂隙和环向裂隙交错的裂隙圈及次生裂隙圈在内的较大的连通裂隙网，从而有利于消除煤体结构的不均匀、减小地应力，降低能量梯度，提高煤体的透气性，从而达到消突增透的效果。

4 深孔预裂爆破技术在生产中的应用

我矿9301队施工二水平南一区23层二段机道，该工作面为综合机械化掘进工作面。23层煤煤层瓦斯含量7.91m3/t，瓦斯涌出量大，煤层透气性差，施工超前地质钻孔期间，频繁出现喷孔，顶钻，塌孔等瓦斯动力现象，通过对该煤层抽放半径实验，结论为预抽100天抽放半径仅为1米。经测定该煤层透气性系数为0.348m3/MPa2・d，透气性较差，所以针对该煤层我们采取深孔预裂爆破技术。

4.1 布孔方式

在该掘进工作面场子头布置9个钻孔，如图l所示。其中爆破孔5个，控制孔4个，爆破孔与控制孔交错布置，呈网状分布。

4.2 爆破工艺

（l）打钻：由技术人员应准确确定钻机的位置和角度后打钻，记录钻孔长度，同时确定装药的长度。钻孔打好后，尽量使钻孔内煤渣排出，当钻杆拔出后，立即探孔验证孔深，为防止塌孔，验孔完毕即装药，其装药参数见表l。

（2）装药方式：每个爆破孔使用特制专用药管进行装药。控制孔不装药，采用正向装药方式。

（3）封孔方式：装药完毕，随即采用专用封孔器用略潮的黄土进行封孔，压风风压为0.4～0.6MPa。封孔时应注意用麻袋片护住孔口，以免煤泥砂冲出伤人。

（4）放炮前关闭进入该掘进工作面巷帮抽采管路总阀，防止爆破孔与抽采孔沟透破坏抽采系统。放炮后立即打开抽采系统总阀进行抽采。

（5）采用深孔预裂爆破技术，对该工作面煤体预抽15天后，该煤层瓦斯含量降至4.75 m3/t，瓦斯涌出量明显降低，提高了工作面的掘进速度。

5 结语

通过深孔预裂爆破技术的实施，煤体中出现孔洞，裂隙增多，增强了煤层的透气性，快速降低了煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量，消除了煤与瓦斯突出的危险，该技术还需要在生产实践中不断的提高和改进，具体情况具体分析，不断的完善使这项技术能够更好的持续的发展与推广下去。

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