集贤煤矿本煤层深孔爆破增透瓦斯抽放关键技术

集贤煤矿本煤层深孔爆破增透瓦斯抽放关键技术

宋洪利

【摘要】论述了深孔预裂爆破技术原理,并根据集贤矿实际煤岩赋存条件进行深孔爆破参数确定,即确定钻孔长度、钻孔直径、钻孔间距和封孔长度,并进行现场工业试验.实践表明,深孔预裂爆破技术解决了该矿低透气煤层本层瓦斯抽放率低的问题,保证了集贤煤矿安全高效生产.

【期刊名称】《煤》

【年(卷),期】2010(019)005

【总页数】2页(P22-23)

【关键词】深孔预裂爆破;本煤层抽放;技术参数

【作者】宋洪利

【作者单位】龙煤集团双鸭山分公司,集贤煤矿,黑龙江,双鸭山,155100

【正文语种】中文

【中图分类】TD712+.6

1.1 矿井概况

集贤煤矿是全国煤炭工业现代化矿井之一，是双鸭山矿业集团主力生产矿井。集贤煤矿位于双鸭山市东部，合江煤田西部，东西走向9 km，南北倾向4.5 km。面积40.5 km2。1974年10月1日简易生产，年设计能力为60万t。后经过两次改造，现核定年生产能力为169万t。矿井的通风方式为两翼对角抽出式通风，由东风井和北风井回风，从斜井和副井入风。目前，矿井总入风量为10 841

m3/min，总排风量为11 692 m3/min。井田内可采煤层有3、5、16、17层，共四组煤。煤种属于气煤，煤层不易自燃，属于低瓦斯矿井。2008年矿井瓦斯鉴定结果，瓦斯绝对涌出量为15.7 m3/min，相对涌出量为5.23 m3/t，矿井为低瓦斯矿井。但该矿中一下采区左四片工作面进行回采时，由于开采深度增加，瓦斯含量逐步升高，接近于高瓦斯采区。按照国家煤矿规程必须进行采煤工作面瓦斯抽放。

1.2 中一采区左四片工作面概况

左四片工作面即3604工作面，位于中一采区下山区，左部为采空区，右部为未开采区，采面走向长度1 020 m，倾斜长200 m，埋藏深度为680～580 m，煤层倾角5°，煤层平均厚度为1.6 m，其上接伪顶为0.7 m厚的粉沙岩，基本顶为3.1 m厚的细纱岩，老顶为10.5 m厚的粉沙岩。回采工作面掘进时揭露1.2 m以下断层5条，煤无自然发火倾向，瓦斯相对涌出量4.4～6.9 m3/t。

3604采煤工作面采用U型上行风通风方法。供风量600～700 m3/min。根据左部上几个工作面回采规律，随着工作面的回采，瓦斯涌出量呈增长趋势，特别是工作面推进到近1/2走向长度时，瓦斯涌出强度增加较明显，有时回风瓦斯浓度达到0.8%～1%左右，工作面上隅角瓦斯时有超限，严重影响工作面正常回采。由于集贤煤矿开采煤层的透气性很低，煤层中的瓦斯主要以吸附状态存在，游离瓦斯较少，单一低透气性煤层的瓦斯抽放一直是约束该矿本煤层抽放瓦斯中最困难的问题，因此必须对煤体进行预处理，增加煤体内的裂隙，才能抽出瓦斯。

煤层深孔爆破，在无限介质中，炸药在钻孔内爆炸后，产生强冲击波和大量高温高压爆生气体。由于爆炸压力远远超过介质的抗压强度，使得炮孔周围一定范围内的介质被强烈压缩、粉碎，形成压缩粉碎区；炸药在煤体爆破孔内爆破后，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约为炮孔半径数倍的初始裂隙(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，并楔入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，由于控制孔的作用，形成反射拉伸波，它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，大大增大裂隙区的范围。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[1-3]。

爆破参数确定的合理与否是该方法能否取得成功的技术关键。爆破参数主要包括孔长、孔间距、孔径、封孔长度四个主要参数。

3.1 钻孔长度

确定钻孔长度主要考虑到钻机能力、装药机能力、煤矿导爆索每卷长度及工作面长度。其中工作面长度是应优先考虑的，以使沿工作面长度方向的煤体均在爆破作用范围之内。在试验中选用MYZ-150型液压钻机，采用风力排粉打钻工艺，配合变径式定向钻头，并能保证孔形完好，为下一步装药工序创造良好条件。导爆索出厂时，一般每卷长度为50 m。当孔深超过50 m时，就需要接导爆索，接头容易断开，因而在设计钻孔长度时应考虑这一因素。综合以上各方面因素，根据3604工作面煤层赋存条件，最终确定钻孔长度一般为95 m，上下巷同时施工。

3.2 钻孔直径

首先，钻孔直径受到钻机能力的限制，对于功率一定的钻机，孔径增大，钻进速度会明显降低，钻同样深的孔就要增加钻进时间，经济上是不合理的。其次，受煤层条件限制。对于软煤，孔径越大，则成孔越困难，容易出现钻孔变形和塌孔现象。第三，孔径过大会给封孔造成困难。根据实验室试验和理论分析计算及现场试验，

现场实际选取的爆破孔径为75 mm。控制孔是为爆破孔提供导向及补偿空间用的。由于控制孔的存在，使爆破裂隙更易在爆破孔与控制孔连线方向发展，形成贯通裂隙。因而，控制孔越大则效果越明显。现场最终采用的控制孔径为900 mm。

3.3 爆破孔与控制孔间距

孔间距的确定与煤层条件及爆破孔和控制孔径有关，此外还受到经济因素的制约。在煤层条件一定时，孔间距大小应与爆破孔和控制孔直径相匹配，即孔间距与孔径之比应在一个合理范围内才能取得良好的爆破效果。根据理论、数值计算，结合已有的爆破经验，当爆破孔径为75 mm、控制孔径为90 mm、孔间距为10 m时，可在孔间形成贯通裂隙。

3.4 封孔长度

深孔预裂爆破中，爆破孔的封孔长度是非常关键的参数，要求能保证封住爆破孔，不打筒，同时要保护巷帮煤体不被破坏，以便爆破后进行抽放。并结合以往深孔爆破经验，最终确定封孔长度为10 m。孔间距虽然也为10 m，但由于没有上述因

素的影响，因而形成了贯通裂隙。

根据上面确定的爆破参数，在双鸭山矿业集团公司集贤煤矿中一采区左四片3604工作面进行工业示范试验。试验证明，采用深孔预裂爆破方法对煤体进行采前预处理，煤层透气性系数比原始煤体提高了约5倍。在抽放期内，预裂爆破后瓦斯抽

放量是对比工业试验的3倍，平均抽放率是对比试验的2倍。煤层透气性系数提

高了3.5倍，使抽放时间平均缩短了4个月，有效地缓解了工作面瓦斯经常超限的现象，保证了集贤矿安全高效开采。

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