煤矿瓦斯抽采水胶药柱研究

煤矿瓦斯抽采水胶药柱研究

1 概述

1.1 背景与意义

地下开采煤矿，煤层埋藏深，煤炭地质存储层不仅构造复杂，而且多半产生强烈变形。由于煤层赋存的构造复杂，许多矿井的煤层透气性低，导致了这些矿井的瓦斯含量较高，故被称为高瓦斯矿井。因此，低透气性煤层基本都属于高瓦斯煤层。目前，地面钻孔瓦斯抽采技术是防治瓦斯的最佳办法。但事实上，要想在所有矿井特别是那些透气性较差的煤矿采取推广地面钻孔抽采瓦斯的办法，不仅难度大，而且需要投入大量的费用，即使是进行了瓦斯地面抽采，抽采效率也较低。

深孔预裂爆破是提高低透气性煤层瓦斯抽采效果的有效措施，与传统的瓦斯抽采方法相比，具有投资少、见效快的优点。国内科研单位对煤层深孔预裂控制爆破技术进行了研究，该技术主要用于石门揭煤采掘工作面防突，以增大煤层透气性，提高瓦斯抽采率，以及应用于矿井瓦斯灾害的治理及瓦斯抽采等。应用结果表明，深孔预裂控制爆破对提高瓦斯抽采效率具有明显的效果。

在采用煤矿许用炸药进行预裂爆破时，国内炸药一般均采用煤矿型含水炸药，如水胶炸药、胶状乳化炸药等，虽然均具有较好的爆破性能和安全性能，但因为深孔预裂控制爆破炮孔较深，一般达到40～80m，塑膜包装的药卷由于较软无法送到炮孔深部，同时较深的炮孔存在一定管道效应，不利于炸药药卷的传爆。现研发一种新型煤矿瓦斯抽采水胶药柱，完善水胶炸药的配方及管壳设计。能满足用户需求，提高低透气性煤层开采的本质安全性。

1.2 应用前景

目前，国内对瓦斯抽采方式主要有钻孔抽采（顺层钻孔和穿层钻孔）、地面钻井抽采、巷道抽采和埋管抽采等。但是由于国内大多数煤矿煤层瓦斯透气性低，单纯采用地面钻孔抽采瓦斯的办法，使很多煤矿的瓦斯抽采率不高。使用煤矿瓦斯抽采水胶药柱进行深孔松动爆破技术来预破裂煤层，可以有效增加煤层的裂隙，提高瓦斯透气性，实践表明瓦斯抽采效果可以提高50%以上。而且用于瓦斯抽采的成本低廉、爆破技术较为成熟，故该产品将有较好的市场推广前景。

2 主要研究内容

2.1 项目实施主要内容、工艺路线、关键技术及创新点

2.1.1 药配方设计

瓦斯抽采药柱主要应用于高瓦斯矿的采煤工作面，通过预裂爆破来增大煤层透气性，因此所处爆破环境瓦斯浓度会很高，尤其是爆破过后，瓦斯会大量涌出，对其安全性能要求很高。公司原有三级煤矿许用水胶炸药可燃气安全度为≥400g（半数发火量），通过设计及实验研究，使新配方设计的抽采药装药的可燃气安全度为≥500g（半数发火量），安全性有明显提高。此外，配方设计过程还要考虑其性能指标，控制炸药爆速和做功能力，通过改善爆炸性能指标来改善瓦斯抽采的安全效果。

2.1.2 工艺路线

2.1.3 煤矿瓦斯抽采水胶药柱外壳的设计

水胶炸药是状结构、粘弹性非牛顿型的水基凝胶体，仅靠原塑模包装药卷，强度和硬度较小，在深孔爆破中无法将炸药顺利装填炮孔底部，药卷之间不能做到无缝隙连接。水胶药柱装填炮孔过程中，与煤层会产生强烈摩擦，产生强烈的静电，容易造成装填雷管早爆，引起安全生产事故。另外，炸药爆炸后，炸药的包装外壳应具有阻燃作用，否则易造成瓦斯、煤尘爆炸事故。因此，选择和设计装药外壳尤为重要。

2.1.4 管壳设计

传爆体放置在不接触炸药的管壳内部空腔，通过传爆体在药柱之间进行传爆，不但改善了传爆性能，也提高了生产效率，方便了使用。

2.2 本项目的关键技术及创新点

①采用高安全性三级煤矿许用水胶炸药作为爆破药柱;采用惰性吸热材料降低炸药爆炸能量，以提高瓦斯抽采的安全性;②采用在管壳内腔中加入传爆体，不与炸药接触，避免了炸药爆轰波传输过程的管道效应;③传爆体不在生产时加入，提高了生产效率，降低了生产时的安全风险;④水胶药柱采用抗静电和阻燃外壳，确保药柱在装填过程中与煤体摩擦不产生静电，保证炸药爆炸时包装外壳不燃烧，提高爆破的安全性。

2.3 煤矿瓦斯抽采水胶药柱达到的技术指标。

3 实用性分析

我国煤炭资源丰富，其产量位居世界首位，然而我国煤矿所开采的大多是高瓦斯煤层，瓦斯含量大，瓦斯压力大，透气性差，目前采用的瓦斯抽采方式效率较低，煤炭开采的安全性难以得到保证。煤矿瓦斯抽采水胶药柱的研发，解决了这一技术难题，在未开采煤层工作面采用深孔松动爆破技术来预破裂煤层，增加煤体的透气性，提高瓦斯抽采率，降低瓦斯压力，从而有效预防和消除煤与瓦斯突出事故的发生。由于该产品采用高安全性水膠炸药装药，装药外壳设置了不与炸药接触的内腔，方便了传爆体的连接，消除了管道效应。