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1、第3 6 卷第1 2 期煤矿安全2 0 0 5 年1 2 月技术经验应用深孔控制预裂爆破技术提高煤层瓦斯抽放率何晓东，李守国(煤炭科学研究总院抚顺分院。辽宁抚顺1 3 1 0 0 1)摘要：高瓦斯低透气性矿井的瓦斯抽放一直是个难题。通过在淮南矿务局潘三矿工作面应用深孔控制预裂爆破技术，提高了瓦斯抽放率，消除了煤与瓦斯突出的危险。治理效果明显，经济技术效果显著。关键词：深孔控制；预裂爆破；低透气性；瓦斯抽放率中图分类号：T D 7 1 2+6文献标识码：B文章编号：1 0 0 3 4 9 6 X(2 0 0 5)1 2 0 0 1 8 0 4深孔控制预裂爆破就是利用炸药爆炸产生的应力波和爆生气体
2、作用于煤体，同时辅以自由面一控制孔，使煤体产生不可愈合的裂隙，增大了煤层的透气性，从而提高了瓦斯的抽放率，有效地消除了突出危险。其基本原理是：炸药在孑L 内爆炸后，将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为炮孔半径3 倍的初始裂隙(不同于原生裂隙)。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上，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展。进而在炮孔周围形成径向之字形交叉裂隙网。在爆破远区，由于控制孔的作用，形
3、成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步扩展，大大增加裂隙区的范围。同时，原生裂隙中的瓦斯，由于爆炸应力场的干扰将作用于已产生的裂隙内，使裂隙进一步扩展。最后，在爆破孔的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。如图1 所示。1 试验地点概况试验地点选择在淮南矿业公司潘三矿1 7 8 1(3)综采面。1 7 8 1(3)综采面是东四采区1 3 槽一水平东翼第8 条带，该面东到潘一一潘三井田边境以西3 0m，西至东四采区上山，1 7 6 1(3)工作面以南，南至1 8 图1深孔裂爆破煤体内裂隙扩展示意图一6 2 0m
4、 底板等高线。北部的1 7 5 1(3)、1 7 6 1(3)工作面已收作，西部的1 7 7 2(3)工作面已收作。该面走向长11 3 0 11 6 0n-!，倾斜长为1 5 0m，开采1 3 1 煤，煤层厚度3 0 6 0m，平均4 6m，煤层倾角6。9。，平均7。，1 3 1 煤为煤与瓦斯突出煤层。该工作面直接顶为1 3 2 煤及泥岩，老顶为砂质泥岩。1 7 8 1(3)工作面为潘三矿首个开采下保护层的被保护层工作面，由于其下保护层工作面1 7 1 5 1(1)受地质构造的影响，实际回采长度仅8 7 0r n，未保护区煤层瓦斯含量为1 0 9 2m 3 t。2 试验步骤工业试验在淮南矿务局
5、潘三矿东四采区1 7 8 1(3)回采工作面轨道顺槽8 2 0 11 6 0m 未保护段进行。试验采用M K 一1 5 0 型钻机、8 3m m 的螺旋钻杆、q 0 9 1m m 的三翼钻头，并配压风进行打钻。试验中利用可连接式抗静电阻燃塑料被筒进行连续装药，顺利完成了深孔装药，装药深度最深达到6 5m，装4 0m 长药大约需要3 0m i n；利用压风装药器和抗静电抗阻燃塑料管进行压风喷泥封孔，封孔速度快、质量好，没有出现打枪或崩坏巷帮的情况，封1 2m 长需要1 0m i n 左右。深孔控制预裂爆破提高抽放瓦斯技术的全部工业试验工作在1 7 8 1(3)工作面 万方数据第3 6 卷第1 2
6、 期煤矿安全2 0 0 5 年1 2 月轨道顺槽进行，在1 2 7m 范围内共打了2 2 个钻孔，进行了1 0 次爆破。钻孔布置示意图见图2。图2 深孔控制预裂爆破钻孔布置示意图在1 7 8 1(3)工作面轨道顺槽先进行了3 组试验，孔间距分别为3I T I，5r n，81 T I，通过试验观测认为：在潘三矿条件下，孔径9 1m m，孔间距5m 左右效果最好。预裂爆破以后，我们将控制孔连网抽放，进行了单孔测量。根据测试数据整理分析：煤层透气性系数提高了8 0 2 倍，1 2 0d 时抽放率达到3 4 3。3 试验效果考察为了考察验证预裂爆破提高抽放瓦斯的效果，我们对深孔控制预裂爆破试验孔进行了
7、4 个多月的连续观测，将所获得数据进行整理分析，并与普通平行钻孔抽放进行对比。3 1 煤层透气性系数的考察煤层透气性系数是煤层原始特征之一，它标志瓦斯在煤层中流动难易程度，其大小表明了煤层瓦斯抽放的难易程度。增大煤体裂隙密度、范围，提高煤层透气性，是深孔控制预裂爆破最直接的作用结果，最终目的是提高煤层抽放瓦斯效果。因此，透气性系数提高的幅度大小是衡量深孔控制预裂爆破效果的重要指标。预裂后各钻孔的透气性系数和普通平行钻孔的透气性系数见表1 及表2，预裂爆破后与普通平行钻孔抽放煤层透气性系数对比图见图3。从表1、表2 的计算结果可看到，煤层透气性系数在普通平行钻孔抽放时平均为0 0 0 94 0
8、2m 2 M P a 2 d，预裂爆破后平均为0 0 7 54 2 0m 2 M P a 2 d，提高了8 0 2 倍，从而说明采取深孔控制预裂爆破方法提高煤层透气性是切实可行的。3 2 百米钻孔瓦斯流量的考察我们对预裂爆破试验孔进行了4 个多月的抽放观测，将预裂爆破抽放数据和普通钻孔抽放数据，根表1 预裂爆破后各钻孔透气性系数m z(M P a 2 d)1 9 万方数据第3 6 卷第1 2 期煤矿安全2 0 0 5 年1 2 月表2 普通平行钻孔透气性系数m 2(M P a 2 d)图3 预裂爆破后与普通平行钻孔抽放煤层透气性系数对比图O据目标方程分别进行了回归处理，得出了各自的特性曲线方程
9、，对比分析了两种抽放方法的钻孔瓦斯流量的变化规律。百米钻孔瓦斯流量对比数据见表3。预裂爆破后与普通平行钻孑L 百米钻孑L 抽放瓦斯流量对比图见图4。预裂爆破瓦斯流量特性曲线方程：Q b】=0 5 9 5l e o 1 0 26 1 2Qb 2=0 1 7 38e o 0 1 99 7 t 1 2普通平行钻孔瓦斯流量特性曲线方程：Q。=0 0 4 58 6e o 0 2 91 1 由图4 及表3 可看出，预裂爆破后，煤体原生裂隙得到扩展，并产生新的裂隙，煤层透气性得到改表3 百米钻孔瓦斯流量对比表m 3(r a i n h m)+预裂爆破抽放：*一普通钻孔抽放岣钳-一一=j)l O2 03 0
10、加5 06 07 0 8 09 0l 确1 1 0 l j图4 预裂爆破后与普通平行钻孔百米钻孔抽放瓦斯流量对此图善，为瓦斯的流动创造良好的条件；爆破使煤体结构有一定的改变，煤层得到一定程度的卸压，使一部分吸附瓦斯解吸成游离瓦斯，扩大了可抽瓦斯源。在预裂爆破后的1 0d 左右时间里，煤体裂隙异常发2 0 育，大量瓦斯快速向钻孔流动，同时裂隙闭合速度相对较快，因而表现出在抽放初期钻孔瓦斯流量较大，衰减速度亦较快的特殊规律。从特性曲线上看出，在1 2d 以后的抽放期间里，衰减速度趋于平稳，相对较慢。普通钻孔抽放瓦斯是在原始透气性的条件下进行的，在煤层透气性很低的情况下，钻孔的抽放半径较小，可抽放瓦
11、斯量较少，不仅瓦斯流量较小，而且在连续抽放下，瓦斯流量较快地衰减。从表3数据可看出，百米钻孔瓦斯流量预裂爆破后比普通钻孔抽放提高3 3 5 倍。3 3 百米钻孔瓦斯抽放率考察抽放率是在一定时间内，一定范围煤体抽出的瓦斯量占该范围内的瓦斯储量的百分比，它是衡量抽放瓦斯技术经济效果的重要指标。为了使预裂爆破和对比试验抽放率具有可比 )。一p、厶苫一售籁垛翅扩錾 万方数据第3 6 卷第1 2 期煤矿安全2 0 0 5 年1 2 月性，取相等孔间距时的百米钻孔瓦斯抽放率对比，对比结果见表4。表4 瓦斯抽放率对比表从表4 中可以看出，预裂爆破抽放1 个月时抽放率可达到1 6 8，4 个月时达到3 4 2
12、 9，从1、2、3、4 个月的抽放率对比看出，预裂爆破抽放率分别是普通钻孔抽放率的1 7 1、2 0 9、2 2 5 和2 4 8 倍，4个月内抽放率比普通钻孔抽放率提高1 倍多。3 4 经济效益分析在潘三矿1 7 8 1(3)工作面具体条件下，普通平行钻孔抽放瓦斯工程及材料费用为0 6 5 元t，深孔控制预裂爆破抽放瓦斯方法的相应费用为0 3 元t，按走向长10 0 0m，工作面长1 5 0m 的回采工作面测算，采用深孔控制预裂爆破抽放瓦斯方法可节约工程及材料费3 4 4 万元，经济上是可行的。4 结论(1)理论分析和实践都充分证明，在低透气性、高瓦斯、突出煤层中进行的深孔控制预裂爆破，能充
13、分合理地利用炸药的爆炸能量、控制孔的导向与补偿作用，爆破后在爆破孔与控制孑L 之间形成包括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，较大地提高了煤层透气性。(2)深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯工艺完善、装备配套、技术先进。采用压风装药器与可连接式抗静电阻燃塑料药管配合进行连续装药，可以实现6 0m 以上深孔装药，采用装药器封孔，封孔效果好、封孔速度快，一般情况下，封1 2m 深的孔需要2 0m l n o(3)深孔控制预裂爆破可使煤层透气性系数大幅度提高。煤层透气性系数提高了8 0 2 倍；百米钻孔抽放量，在4 个月抽放期内，平均提高了3 6 2 倍；使煤层瓦斯抽放率4
14、个月时达到3 4 3。(4)通过在淮南矿务局潘三矿的现场试验证明，深孔控制预裂爆破抽放瓦斯方法工艺成熟、装备配套、治理瓦斯效果明显，经济技术效果显著。参考文献：1 邢昭芳深孔控制卸压爆破机理的研究(R 抚顺：煤炭科学研究总院抚顺分院，1 9 9 2 2 A H 哈努卡耶夫矿岩爆破物理过程 M)北京：冶金出版社，1 9 8 0(9)3 郑福良含瓦斯煤体深孔预裂爆破机理研究 D 阜新：阜新矿业学院，1 9 9 5(4 王佑安矿井瓦斯防治(M 北京：煤炭工业出版社，1 9 9 4(5 预裂爆破超前强化抽放瓦斯方法及工艺的研究 R 抚顺：煤炭科学研究总院抚顺分院作者简介：何晓东(1 9 7 8 一)，
15、2 0 0 2 年毕业于辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，毕业后一直从事深孔预裂爆破和瓦斯抽放工作。(收稿日期：2 0 0 5 0 8 0 1；责任编辑：王福厚)田外煤矿蜜金信恿在煤矿中采用光学纤维控制矿山设备技术装置的现代化水平和矿井的防事故保护首先取决于下列手段：在电气和电磁故障的条件下能保证快速、可靠、准确和安全传递模拟和数字信息；显示爆炸危险环境。采用通讯的光学纤维线路能可靠地解决这个问题。在煤矿，为了广泛推广采用通讯的光学纤维应当进行一系列试验研究工作：根据矿井传递信息和通讯的光电系统的要求进行功能一技术研究；研制立井井筒和巷道用的光学电缆；研制用于矿井防爆电气设备的光电综合装置等
16、等。摘自(y r o J I by K p A H H 王)I 2 0 0 5N o 22 1 万方数据应用深孔控制预裂爆破技术提高煤层瓦斯抽放率应用深孔控制预裂爆破技术提高煤层瓦斯抽放率作者：何晓东，李守国，HE Xiao-dong，LI Shou-guo作者单位：煤炭科学研究总院,抚顺分院,辽宁,抚顺,131001刊名：煤矿安全英文刊名：SAFETY IN COAL MINES年，卷(期)：2005，36(12)引用次数：2次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.邢昭芳 深孔控制卸压爆破机理的研究 19922.AH 哈努卡耶夫 矿岩爆破物理过程 19803.郑福良 含瓦斯煤体深孔预裂爆破机
17、理研究学位论文 19954.王佑安 矿井瓦斯防治 19945.预裂爆破超前强化抽放瓦斯方法及工艺的研究 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 曹树刚.李勇.刘延保.张立强.王军.CAO Shugang.LI Yong.LIU Yanbao.ZHANG Liqiang.WANG Jun 深孔控制预裂爆破对煤体微观结构的影响-岩石力学与工程学报2009,28(4)在我国南方一矿井深孔控制预裂爆破试验基础上,利用ASAP2010型表面积及微孔快速测定仪,对距离爆破孔3.09.7 m范围内的煤样进行微观结构分析,并结合煤层瓦斯抽放结果进行对比研究.结果表明,随着至爆破孔距离的增加,煤的La
18、ngmuir和BET比表面积近似线性减少,在9.7 m处分别减小68.8%和15.26%;煤的微孔体积比和面积比先减小后增加,小孔、中孔体积比和面积比先增加后减小;煤渗透孔体积比先略有增大而后减小,在孔距3.9 m处达到最大值,即26.88%.深孔控制预裂爆破后,最大瓦斯抽放量增加36%,最初15 d抽放总量提高93%.深孔控制预裂爆破的适宜孔间距为1012 m.2.期刊论文 梁绍权.LIANG Shao-quan 深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯技术研究与应用-煤炭工程2009(6)针对平顶山煤业集团五矿开采的己组煤层瓦斯大、煤质软、低透气性的特点.提出采用深孔控制预裂爆破技术强化抽放瓦斯的方案
19、,详细分析了深孔控制预裂爆破的爆破机理.根据理论分析和试验研究确定了合理的爆破工艺参数,通过工业试验及效果检验证明了深孔控制预裂爆破技术可以大大提高煤层的透气性,从而提高煤层的瓦斯抽放效率.3.期刊论文 张兴华.ZHANG Xing-hua 利用深孔控制预裂爆破强化瓦斯抽放消除回采工作面突出危险性-煤矿安全2006,37(2)利用深孔控制预裂爆破可提高松软低透气性突出煤层的瓦斯抽放率,通过强化抽放对突出危险区内的回采工作面进行区域性消突,工作面突出危险消除后,煤层厚度合适,就可以采用综放采煤法,在确保安全的前提下,大大提高了生产效率和经济效益.4.期刊论文 白国基.甘林堂.BAI Guo-ji
20、.GAN Lin-tang 深孔控制预裂爆破技术应用浅议-煤矿安全2007,38(7)文章系统阐述了深孔控制预裂爆破的爆破原理和卸压消突原理,并通过工程实例,介绍其在淮南矿区现场应用情况及采取的针对性措施,提出看法供推广借鉴.5.学位论文 李尧斌 高瓦斯煤层深孔控制预裂爆破增透技术研究 2006 本论文主要针对如何解决高瓦斯低透气性突出煤层的瓦斯抽放问题，提出了深孔控制预裂爆破技术，主要内容以煤层瓦斯赋存和流动理论及深孔控制预裂爆破的机理为基础，并对其特点和炸药在煤体内部爆炸的作用过程进行了详细的探讨和分析；建立了深孔控制预裂爆破的数学模型，借助ANSYS和MATLAB软件进行数值模拟和分析，
21、并结合新集矿业集团公司新集一矿的现场实测数据，确定适合其工作面的钻孔布置及爆破参数的最优方案。研究表明：这项技术可以有效地卸除地应力和瓦斯压力，增大钻孔周围煤体的裂隙，进而增大钻孔瓦斯的有效抽放半径，提高煤体的透气性系数，从而提高了煤层瓦斯的抽放量和抽放率，有效地缩短了本煤层瓦斯的预抽时间；同时，由于这项技术优化了作业程序，提高了生产效率，取得了很好的经济效益；另外，它还降低了煤与瓦斯突出的危险性，从而有效地解决了高瓦斯突出煤层采掘工作面瓦斯超限与瓦斯突出的问题，是一项非常具有推广价值的技术。6.期刊论文 李博章.LI Bozhang 深孔控制预裂爆破提高瓦斯抽放效率-江西煤炭科技2007(3
22、)瓦斯抽放是解决矿井瓦斯灾害事故的行之有效的措施,决定瓦斯抽放效果的关键是煤层的透气性系数,采用深孔控制预裂爆破的方法,增加煤体的裂隙长度和范围,以提高煤层透气性系数,减少抽放阻力,从而提高瓦斯的抽放效率.7.期刊论文 叶建军.胡强勇.YE Jian-jun.HU Qiang-yong 深孔控制预裂爆破与金属骨架注浆加固煤体技术在石门揭煤工作面的应用-矿业安全与环保2007,34(1)通过深孔控制预裂爆破和金属骨架注浆加固煤体技术在石门揭煤工作面的具体应用,阐述了该项技术在石门揭煤过程中的可行性和有效性,取得了较好的技术经济效益.8.期刊论文 刘志忠.LIU Zhi-zhong 利用深孔控制预
23、裂爆破技术提高综放工作面顶煤回收率-煤矿安全2006,37(3)介绍了利用深孔控制预裂爆破技术提高综放工作面顶煤回收率的试验,并在试验中对预裂爆破前后顶煤运移情况、顶煤回收率进行了考察,试验说明,深孔控制预裂爆破对提高顶煤回收率具有明显的效果.9.期刊论文 王学记.陶云奇.WANG Xue-ji.TAO Yun-qi 本煤层瓦斯抽放效果研究-煤炭工程2009(5)瓦斯抽放在我国一直以来都是行之有效的瓦斯治理手段,按照瓦斯来源可以分为本煤层抽放瓦斯和邻近层抽放瓦斯,但本煤层抽放瓦斯方法在透气性低的煤层效果并不理想.根据现场试验和理论分析,针对低透气性煤层,认为采用交叉钻孔预抽瓦斯前对煤体实施深孔
24、控制预裂爆破可更好地提高本煤层瓦斯抽放效果.10.会议论文 张兴华.刘志忠.王岩 深孔控制爆破强化抽放低透气性煤层瓦斯技术 2008 本文系统介绍了深孔控制预裂爆破强化抽放低透气性煤层瓦斯技术,通过改进装药工艺,研制配套设备,使工艺更加简单适用,便于掌握,且应用效果显著,为该技术在现场的推广应用奠定了基础.引证文献(2条)引证文献(2条)1.CAO Shu-gang.LI Yong.LIU Yan-bao.ZHANG Li-qiang.XU A-meng Effectiveness analysis of methane-drainage by deep-hole controlled pre-splitting blasting for preventing coal and gas outburst期刊论文-煤炭学报（英文版）2009(2)2.曹树刚.徐阿猛.沈大富.刘延保 顺层深孔预裂爆破瓦斯预抽的试验研究期刊论文-中国矿业 2007(07)本文链接：http:/