增透技術在低透氣性高瓦斯煤層超長鉆孔抽采條件下的應用*

鄭　雷　王雪芹　張飛天

(烏海職業(yè)技術學院)

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增透技術在低透氣性高瓦斯煤層超長鉆孔抽采條件下的應用*

鄭雷王雪芹張飛天

(烏海職業(yè)技術學院)

摘要介紹了瓦斯走向超長鉆孔抽放現(xiàn)狀及在低透氣性高瓦斯煤層中的布置情況，提出了聚能定向水壓爆破增透技術、增透工藝方案及步驟，分析了超長瓦斯抽放鉆孔在增透前后的抽采效果。平溝煤礦16#煤層試驗表明，該技術的應用增大了超長瓦斯抽放鉆孔的半徑及抽采范圍，使瓦斯抽放濃度大幅提升，為提高低透氣性高瓦斯煤層的瓦斯抽采效率提供了有效的技術途徑。

關鍵詞低透氣性煤層增透聚能定向水壓爆破瓦斯抽放半徑抽采率

平溝煤礦16#煤層屬低透氣性高瓦斯煤層，瓦斯抽采困難，采用走向超長鉆孔區(qū)域性預抽，抽采率低。通過在走向超長瓦斯抽放鉆孔的垂直方向，沿回風順槽布置爆破鉆孔，實施聚能定向水壓爆破增透技術，達到了增加透氣性和增大超長鉆孔抽采范圍的目的。

1　走向超長鉆孔預抽布孔

為實施聚能定向水壓爆破增透技術，采用澳大利亞VLD-1000型千米鉆機，從西軌措施巷鉆場向1612工作面靠近回風順槽一側煤層中，施工4個順層走向超長鉆孔，孔直徑均為450 mm，孔間距17 m，主孔1長度921 m，主孔2長度1 020 m，主孔3長度987 m，主孔4長度963 m(圖1)。

圖1　走向超長鉆孔布置

2　聚能定向水壓爆破增透技術

水壓爆破是在封閉的水介質中放置藥包，在水中引爆炸藥的一種爆破技術[1]。由于水介質的存在，使得爆破能量能夠均勻釋放，有害效應大大降低，同時還對沖擊礦壓和煤與瓦斯突出具有緩沖作用[2]。為了防止水壓爆破過程中對巷道頂板和底板的破壞，對水壓爆破裝藥結構進行了改進設計，形成聚能定向水壓爆破[3]，其藥包結構如圖2所示。

圖2　藥包結構示意

在鉆孔過程中，利用YHQ-X全方位多點測斜儀跟蹤測量鉆孔軌跡，調整鉆孔角度，保證鉆孔鉆進效果。利用PVC套管連接聚能被筒實現(xiàn)遠距離輸藥[4]。為保證爆炸能量在煤體延展方向集中，切縫藥包的聚能方向還應與超長瓦斯抽放鉆孔平行且與煤體走向一致[5]。傳統(tǒng)的水泡泥封孔方法常會使爆破能量從封孔口釋放，造成爆破事故，聚能定向水壓爆破采用425#普通硅酸鹽水泥進行封孔。為防止增透爆破時可能導致的爆轟中斷，也為提高爆破安全系數(shù)、保證炮孔炸藥全部安全起爆，采用雙雷管雙導爆索正向起爆[6]。

3　增透施工工藝

3.1爆破參數(shù)選取與鉆孔布置

通過分析平溝煤礦施工條件，確定聚能定向水壓爆破鉆孔封孔長度為13 m?？紤]裝藥不藕合系數(shù)帶來的管道效應，確定爆破鉆孔直徑為75 mm，深度60 m，裝藥長度47 m。乳化藥卷直徑50 mm，長500 mm，藥包切縫寬5 mm。考慮鉆孔的有效利用率，保證鉆孔的有效作用范圍為工作面全長，在1612工作面回風順槽開闊地帶布置兩排鉆孔(超長瓦斯抽放鉆孔上下各布置一排爆破鉆孔)。鉆孔分空孔和裝藥孔，空孔可作為輔助導向的自由面，讓爆破作用沿水平方向優(yōu)先發(fā)展，空孔和裝藥孔間隔布置。為了減少對頂?shù)装搴统L抽放鉆孔的破壞，割縫要平行于超長瓦斯鉆孔長度方向布置。據(jù)實際地質條件和經驗確定孔距為6 m。爆破鉆孔施工布置如圖3所示。

圖3　爆破鉆孔施工布置示意

3.2施工

采用ZDY2400液壓鉆機鉆孔，鉆桿不應彎曲，連接鉆桿時要對準絲扣，不能出現(xiàn)歪斜和漏水現(xiàn)象；鉆桿要上緊卡牢，人工撤接鉆桿，安裝好第一根后再安裝下一根；開始鉆進時要一點一點送壓，當鉆頭送到孔底部后，壓力再逐漸增大，注意控制鉆進速度和成孔率，避免反復進鉆退鉆[7]；觀察孔內煤粉及煤塊，使用吹眼器時防止傷人；觀察操作臺上壓力表是否超過規(guī)定范圍，內排渣量是否減少，孔內風壓是否降低，以此判斷孔內沉渣是否掏空；驗孔時若發(fā)現(xiàn)不符合裝藥要求的鉆孔應及時處理，以確保鉆孔干凈正常裝藥；考慮鉆孔受地應力影響可能塌孔，應盡早裝入第一個藥卷，插入兩根導爆索，用透明膠帶纏好，為防止切縫藥包脫離，所有聚能被筒捆綁在1根10#鐵絲上依次送入炮孔；長鉆孔大藥量的采用雙雷管正向裝藥全長加導爆索的起爆方法[8]，封孔時將蛇皮管捆綁鐵絲后，再用手動注漿泵進行封孔，注漿時，蛇皮管要下到13 m處，邊注邊緩慢退管，直至封孔完成；利用敷設在炮孔內的注水管，采用手動注漿泵注水，為防止孔內真空狀態(tài)注水受阻，在孔內插入排氣管；按煤礦爆破有關安全規(guī)程起爆，裝藥8 h后，回風流及附近斷電，采用雙雷管雙導爆索正向單孔起爆。

4　增透效果分析

為評價聚能定向水壓爆破增透效果，分析4個超長瓦斯抽放鉆孔的抽放濃度變化趨勢。評價前4個超長瓦斯抽放鉆孔已抽放了3個月，抽放濃度已經下降到較低水平。在圖4中，4個超長瓦斯抽放鉆孔第一天記錄的數(shù)據(jù)是增透前的瓦斯抽放濃度?？梢钥闯?，實施該技術之后，瓦斯?jié)舛忍嵘容^大，4個超長瓦斯抽放鉆孔的抽采瓦斯?jié)舛仍诖嘶A上提高了2～3倍。

圖4　超長抽放鉆孔瓦斯?jié)舛茸兓?◆—1#孔；■—2#孔；▲—3#孔；×—4#孔

5　結　論

實施增透工藝后，增加了煤層中的裂隙，增大了超長瓦斯抽放鉆孔的抽采半徑及范圍，使得瓦斯抽采濃度大幅提升，同時切縫藥包聚能爆破控制炸藥爆破聚能方向，實現(xiàn)了沿煤體延展方向的能量集中，減少了頂?shù)装迤茐?；通過鉆孔和切縫藥包間隙注水，實現(xiàn)了水壓爆破，提高爆炸能量在煤體的利用率，并使煤體在較長時間內保持高透氣性。實踐證明聚能定向水壓爆破增透技術能提高瓦斯抽采率，減少預抽時間，抽采效果明顯。

參考文獻

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[2]馬帥,譚志宏,張倩,等.水力壓裂技術強化瓦斯抽采的應用[J].煤炭技術,2014(9):323-325.

[3]蒲文龍,畢業(yè)武.低透氣性煤層深孔聚能水壓爆破增透瓦斯抽采技術[J].煤炭科學技術,2014(5):37-40.

[4]呂鵬飛,豆孝星,朱同功,等.煤層深孔聚能爆破增透技術的應用[J].煤炭科學技術,2013(12):35-38.

[5]周應江,張友博,李良山,等.綜采工作面煤層超前深孔預裂爆破增透試驗研究[J].煤炭工程,2014(4):35-37.

[6]商登瑩,呂鵬飛,于學洋,等.低透氣性煤層深孔聚能爆破增透技術及實踐[J].煤炭科學技術,2012(12):48-51.

[7]趙寶友,王海東.深孔爆破技術在高地應力低透氣性高瓦斯煤層增透防突中的適用性[J].爆炸與沖擊,2014(2):145-152.

[8]馬小濤,李智勇,屠洪盛,等.高瓦斯低透氣性煤層深孔爆破增透技術[J].煤礦開采,2010(1):92-93，37.

(收稿日期2015-06-29)

*內蒙古自治區(qū)高等學?？茖W研究項目(編號：NJZY364)。

鄭雷(1980—)，男，講師，碩士，016000 內蒙古烏海市海勃灣區(qū)濱河新區(qū)學府街。