石门松动爆破快速揭煤技术研究

石门松动爆破快速揭煤技术研究
王冠;张永将;洪峰;李敏峰
【摘要】在揭煤全过程均有突出危险的石门揭煤区,采用抽采钻孔、松动爆破等合理有效的防突措施,增大了煤层透气性,加快了瓦斯抽采速度,有效地缩短了揭煤时间,收到了预期效果.
【期刊名称】《建井技术》
【年(卷),期】2010(031)006
【总页数】3页(P31-33)
【关键词】石门;揭煤;松动爆破;煤与瓦斯突出;抽采钻孔
【作者】王冠;张永将;洪峰;李敏峰
【作者单位】淮沪煤电有限公司丁集煤矿,安徽淮南,232001;瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆,400037;中煤科工集团重庆研究院,重庆,400037;淮沪煤电有限公司丁集煤矿,安徽淮南,232001;淮沪煤电有限公司丁集煤矿,安徽淮
南,232001
【正文语种】中文
【中图分类】TD263.4+1
我国是世界上煤矿煤与瓦斯突出最严重的国家之一，到目前为止，总突出次数达万次以上。

在全国各类煤与瓦斯突出事故中，石门揭煤工作面突出强度最大；强度在千吨级以上的特大型突出事故中，石门揭煤工作面突出占77%。

世界上最大强度
的煤与瓦斯突出发生在乌克兰顿巴斯加加林矿，石门揭煤突出量达14 000t，突出瓦斯25万m3。

我国最大一次煤与瓦斯突出发生在天府矿务局三汇一井石门揭煤
过程中，突出煤量达12 780t，突出瓦斯140万m3；最大一次立井揭煤突出发生在淮南谢一矿望峰岗主井井筒揭开C13煤层过程中，突出煤量2 831t，涌出瓦斯29.27万m3。

石门揭煤由于突出强度大，突出的大量瓦斯波及范围广，造成的破坏严重，能给矿井带来毁灭性的灾难[1-4]；同时，因石门揭煤施工工艺的特殊性，揭穿突出煤层
全过程都有危险，并可能发生连续突出、延期突出和自行揭开突出，比一般类型突出对人身安全危害更大。

另一方面，新矿井、新水平或新采区准备又不能避免石门揭煤。

可见，安全、快速、高效的石门揭煤技术，对突出矿井安全生产具有十分重要的意义。

目前，国内外煤矿石门揭煤采用的防突技术，主要有预抽瓦斯、钻孔排放、水力冲孔、金属骨架、煤体固化、松动爆破等[5-6]。

其中松动爆破是一种措施时间短、
增透消突效果明显、揭煤速度快的技术，在石门揭煤施工中，得到了广泛应用。

1 石门松动爆破快速揭煤原理
深孔松动爆破技术是由松动爆破和控制孔相结合形成的一种防治煤与瓦斯突出的技术，其特点是采用连续装药工艺和在爆破孔周围增加辅助自由面(控制孔)来进行爆破，增大爆破孔产生的松动(裂隙)范围；利用炸药爆破作业来降低石门揭煤工作面附近的高地应力，使高地应力向深部转移；爆破孔在煤层段爆破，增大煤层透气性；利用空孔控制孔来提高瓦斯抽采(排)效果，进而达到快速消突的目的。

2 试验区概况
试验矿井为淮南矿区的1个深部矿井，第1水平开采深度达826m。

矿区小范围
内存在次一级褶曲构造和岩浆岩侵入体，截至目前，已发生了3次动力现象，煤
与瓦斯突出等动力灾害严重。

揭煤试验区为下山石门揭煤。

石门埋深860m，倾角
20°；断面宽5.1m，高4.2m，面积约18.4m2。

石门所揭煤层为B8煤层，倾角6°，平均厚度3.2m，揭煤区无地质构造。

煤层顶板为砂质泥岩，厚8.0m，较破碎；底板为泥岩，厚4.0m，局部含砂质。

石门揭煤区抽采钻孔布置如图1所示。

3 石门揭煤突出危险性分析及防突措施
3.1 揭煤区突出危险性分析
石门在距离B8煤层10m处布置了2个测压钻孔，测得揭煤区瓦斯压力
Pmax=3.5MPa。

经现场取煤样测定，石门揭煤区煤层参数见附表。

图1 石门揭煤区抽采钻孔布置
附表石门揭煤区煤层参数测定结果极限吸附量a/m3·t-1吸附常数b/MPa-1水分Wf(%)灰分AR (%)挥发分VT(%)真密度dc/g·cm-3假密度ds/g·cm-3孔隙率
e(%)放射速度ΔP坚固性系数f18.903 21.352
31.7814.6722.451.381.2511.97140.42
将B8煤层瓦斯压力及煤样测试结果带入朗格缪尔方程，可得揭煤区B8煤层原始瓦斯含量为12.6m3/t。

采用《防治煤与瓦斯突出规定》推荐的综合指标法来预测石门揭煤危险性，即
-3)(P-0.74)
(1)
(2)
式中：D为煤层突出危险性综合指标之一；K为煤层突出危险性综合指标之二；H 为开采深度，m；f为软分层煤的平均坚固性系数；P为煤层瓦斯压力，MPa；ΔP 为瓦斯放散初速度指标。

计算得K=33.33，D=34.11，大于《防治煤与瓦斯突出规定》参考指标K0=20，D0=0.25。

结合B8煤层石门瓦斯压力、含量测定结果，经综合分析，认为石门揭
煤区具有煤与瓦斯突出危险性。

3.2 石门揭煤防突设计及实施
石门揭煤区内的B8煤层具有突出危险性。

按照相关规定要求，为保证安全顺利地揭开煤层，石门揭煤瓦斯抽采钻孔控制区为：巷道顶部控制范围为10m，底部控
制范围为8m，巷道两帮轮廓线外15m。

共设计抽采钻孔100个，钻孔直径
113mm，孔底间距4m。

为了消除揭煤区内的B8煤层突出危险性，增强消突效果，加快揭煤速度，采取了钻孔抽采和松动爆破增透相结合的措施。

在揭煤区共布置了15个松动爆破钻孔，见图1。

抽采钻孔施工完毕，再施工爆破钻孔。

松动爆破钻孔要按设计要求施工，3个为1组。

爆破钻孔装药完毕，分组采用正向起爆方式爆破。

松动爆破前后，对揭煤区瓦斯抽采浓度进行了测定，如图2所示。

图2 松动爆破前后瓦斯抽采浓度对比曲线
由图2可见，由于揭煤区煤层透气性系数较低，瓦斯抽采浓度最大值仅为15%，
且随着时间的推移，缓慢减小，40h后相对稳定。

而实施松动爆破后，煤层裂隙
大大增加，瓦斯抽采浓度爆破后10h内最大达37%，且在40h内依然较高，真正达到了卸压和快速消突的目的。

实施松动爆破后，瓦斯抽采20d时，石门揭煤区瓦斯抽采量达53.4%，残余瓦斯
压力Pmax=0.1MPa。

采取安全防护措施后，开始揭煤。

在距离煤层法距3m处，瓦斯有效检测值小于临界值，安全顺利地揭开了煤层，累计揭煤时间50d。

4 主要结论
(1)揭煤区内，B8煤层原始瓦斯压力Pmax=3.5MPa，瓦斯含量12.6m3/t，
K=33.33，D=34.11，确认石门揭煤区具有煤与瓦斯突出危险性。

(2)石门揭煤采用抽采钻孔与松动爆破相结合的方法，增大了煤层透气性，加快了
瓦斯抽采速度。

设计方案符合实际情况，缩短了有效揭煤时间，取得了预期效果。

[参考文献]
[1]国家安全生产监督管理总局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京：煤炭工业出版社，2009.
[2]章万龙，曲桂梅.提高石门揭煤爆破网络起爆可靠性的研究[J]. 淮南职业技术学
院学报，2006(3).
[3]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[4]邓长春，旷永华.顶板高位巷预抽与深孔松动爆破相结合防突措施的效果[J].矿业安全与环保，2002，29.
[5]于不凡，王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社，2000.
[6]石必明，俞启香.低透气性煤层深孔预裂控制松动爆破防突作用分析[J].建井技术，2002，23(5)：27-30.。