王會(huì)斌，王輝躍，吝玉曉

(1.煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110016;2.遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧阜新 12300)

山西襄礦上良煤業(yè)目前是改擴(kuò)建礦井，礦井核定生產(chǎn)能力為1.2 Mt/a，礦井所采煤層3#煤層由煤科總院沈陽(yáng)研究院2011年鑒定為突出危險(xiǎn)性煤層，按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，突出礦井采掘工作要做到不掘突出頭，不采突出面的要求，采掘工作面必須進(jìn)行區(qū)域消突措施。由于3#煤層屬于低透氣性煤層，傳統(tǒng)的在工作面前方煤體布置很多瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，且抽采時(shí)間過長(zhǎng)，嚴(yán)重影響掘進(jìn)工作面施工進(jìn)度。提高低透氣性煤層瓦斯抽采效果一直是上良煤業(yè)抽采工作的難題。為此，上良煤業(yè)在以32206工作面為試驗(yàn)面開展了CO2預(yù)裂爆破增透消突技術(shù)試驗(yàn)，通過液態(tài)CO2氣化瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波和膨脹將煤體撐裂，使煤體原生裂隙擴(kuò)大，產(chǎn)生大量新裂隙［1－3］，增加煤層透氣性的同時(shí)，煤層中的CO2置換出煤體中的瓦斯，達(dá)到強(qiáng)化瓦斯抽采，增透消突的效果［4－5］。

1 試驗(yàn)工作面概況

試驗(yàn)區(qū)選擇在上良煤業(yè)32206工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面，工作面所采煤層為3#煤層，煤層厚度為2.56m，煤層傾角為11°，實(shí)測(cè)煤層瓦斯含量為17.3m3/t，鉆孔百米流量衰減系數(shù)為 0.051 d－1，煤層透氣性系數(shù)為0.14m2/(MPa2·d)。

2 CO2預(yù)裂爆破增透消突試驗(yàn)

2.1 鉆孔設(shè)計(jì)布置、施工

依據(jù)32206工作面運(yùn)輸順槽的煤層賦存和巷道斷面布置條件，在待掘巷道左右距離巷道輪廓線5 m處，朝巷道掘進(jìn)正前方，與巷道輪廓線平行，左右兩側(cè)打3個(gè)預(yù)抽鉆孔;在距離巷道左右輪廓線3 m處以及巷道中心各打1個(gè)預(yù)裂孔，并且在打鉆過程中觀察瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為70 m，預(yù)抽鉆孔長(zhǎng)度保留10 m安全距離，預(yù)裂鉆孔為60 m，鉆孔孔徑為94 mm。鉆孔竣工后及時(shí)并入抽采系統(tǒng)，鉆孔布置如圖1所示，鉆孔施工參數(shù)見表1。

表1 鉆孔施工參數(shù)表

圖1 鉆孔布置圖

2.2 封孔方式

鉆孔施工完成后，采用專用封孔器封孔，利用注水式打壓泵對(duì)孔內(nèi)的封孔器進(jìn)行注水打壓，使底座緊密的與煤壁接觸，確保封孔質(zhì)量達(dá)標(biāo)，封孔深度為15 m。三個(gè)預(yù)裂孔共進(jìn)行3次預(yù)裂試驗(yàn)，預(yù)裂深度分別為25 m、40 m和45 m。

3 試驗(yàn)效果分析

本次試驗(yàn)從2013－9－18開始施工鉆孔，打鉆過程中出現(xiàn)噴孔、卡鉆等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，到2013－9－28所有鉆孔施工完畢。2013－10－2進(jìn)行了CO2預(yù)裂爆破增透消突試驗(yàn)，在對(duì)32206工作面運(yùn)輸順槽掘進(jìn)工作面瓦斯含量，單孔瓦斯純流量和濃度等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定?，F(xiàn)在以下幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)裂效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 提高了瓦斯抽采量和濃度

本次試驗(yàn)過程中對(duì)預(yù)裂爆破前后每個(gè)鉆孔進(jìn)行了單孔瓦斯純流量和濃度跟蹤測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)并對(duì)比分析，部分鉆孔單孔瓦斯純流量和濃度變化如圖2、圖3。

由圖2和圖3分析得出，預(yù)裂前各個(gè)鉆孔單孔純流量為0.01 m3/min～0.06 m3/min，平均純流量為0.03 m3/min。雖然鉆孔進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)抽，預(yù)裂爆破后單孔純流量為0.04 m3/min～0.13 m3/min，平均純流量為0.08 m3/min，較預(yù)裂前平均增加62.5%，濃度平均增加60%。在實(shí)施了CO2預(yù)裂爆破增透消突試驗(yàn)后，液態(tài)CO2瞬間氣化產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和膨脹致使鉆孔壁產(chǎn)生徑向環(huán)形圈，使得周圍煤體破碎，增加大量新的裂隙，爆破孔周圍鉆孔單孔瓦斯純流量和濃度明顯增加了。

3.2 降低煤層殘余瓦斯含量

本次試驗(yàn)對(duì)鉆孔預(yù)抽前后對(duì)煤層瓦斯殘余含量進(jìn)行了比較，如圖4。預(yù)抽后瓦斯含量測(cè)定為鉆孔區(qū)域消突效果檢驗(yàn)孔所測(cè)得。

根據(jù)圖4可以看出，CO2預(yù)裂爆破增透消突試驗(yàn)后，瓦斯抽采量有明顯提高，大大降低了所測(cè)煤層參與瓦斯含量，瓦斯壓力也隨之降低，煤層集中應(yīng)力向前方煤體移動(dòng)，使鉆孔控制區(qū)域的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性消除，為掘進(jìn)提供了安全保障措施。

圖2 預(yù)裂爆破前后單孔瓦斯純流量變化曲線圖

圖3 預(yù)裂爆破前后單孔抽采瓦斯?jié)舛茸兓€圖

圖4 預(yù)抽前后殘余瓦斯含量對(duì)比圖

3.3 其他效果

CO2預(yù)裂爆破增透消突試驗(yàn)后，之前采用的傳統(tǒng)瓦斯抽采區(qū)域消突措施相比，減少了瓦斯抽采鉆孔個(gè)數(shù)，縮短了抽采時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速安全掘進(jìn)。

4 結(jié)論

1)通過在32206工作面進(jìn)行的CO2預(yù)裂爆破增透消突試驗(yàn)研究可知，液態(tài)CO2氣化瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊波致使煤體破裂，產(chǎn)生大量新的裂隙，增加了煤層透氣性，使得鉆孔瓦斯抽采量和濃度有明顯增加，降低了煤層瓦斯含量和壓力，消除了煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

2)采用CO2預(yù)裂爆破增透消突技術(shù)減少了區(qū)域消突鉆孔工程量，縮短抽采時(shí)間，使得煤層掘進(jìn)工作面快速安全掘進(jìn)，有良好的經(jīng)濟(jì)效益，為類似具有低透氣性煤層的礦井提供了解決思路。

［1］ 聶政，二氧化碳炮爆破在煤礦的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2007，26(8):1－2.

［2］ 張悅，張民波，朱天玲，等.低透氣性煤層CO2增透預(yù)技術(shù)應(yīng)用［J］. 科技導(dǎo)報(bào)，2013，31，23.

［3］ 蔡峰，劉澤功，張朝舉，等.高瓦斯低透氣性煤層深孔預(yù)裂爆破增透數(shù)值模擬［J］.煤炭學(xué)報(bào)，32(5):62－65.

［4］ 沈懷津，鄭孝鵬.低透氣性高瓦斯煤層立體多層次瓦斯綜合治理技術(shù)［J］. 煤礦開采，2007，12(4):78－81.

［5］ 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(shù)［J］. 煤礦開采，2010，15(1):92－93，37.