狄存緒 崔宏磊 邢立杰

(1.陜西郭家河煤業(yè)有限公司；2.煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司)

二氧化碳預(yù)裂爆破屬于松動(dòng)爆破[1-3]，在對(duì)工作面進(jìn)行爆破初期，需要估算其爆破影響范圍。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)深孔控制預(yù)裂爆破工藝進(jìn)行了大量研究，魏殿志[4]運(yùn)用爆炸沖擊波理論分析了爆炸應(yīng)力波在巖石中的傳播規(guī)律，給出了爆破參數(shù)選取的理論依據(jù)；索永錄[5]等采用X射線攝影技術(shù)研究了不耦合裝藥爆破擴(kuò)腔過(guò)程；田利軍[6]采用大煤樣試驗(yàn)方法探索了堅(jiān)硬頂煤的合理爆破參數(shù)取值；劉澤功等[7]對(duì)深孔預(yù)裂爆破提髙低滲透性煤層的瓦斯抽放率進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，認(rèn)為深孔預(yù)裂爆破可為高瓦斯低滲透性煤層提供增透作用；龔敏[8]通過(guò)數(shù)值模擬試驗(yàn)，并結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)結(jié)果，探討了不同爆破介質(zhì)的動(dòng)應(yīng)力分布及抽放效果。上述成果大多涉及爆破機(jī)理及爆破裝藥參數(shù)優(yōu)化取值，但對(duì)于二氧化碳在低透氣性煤層中松動(dòng)爆破孔間距取值的研究涉及較少，因此本研究以郭家河煤礦1302工作面為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)該工作面CO2深孔預(yù)裂爆破鉆孔間距取值進(jìn)行探討。

1 工程概況

郭家河煤礦1302工作面為該礦I盤區(qū)西翼采區(qū)第3個(gè)工作面。1302工作面所采煤層為中侏羅統(tǒng)延安組3#煤層，煤層黑色，煤巖類型以半亮型為主，條痕褐黑色，瀝青光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，階梯狀斷口，垂向裂隙發(fā)育，有3層夾矸，夾矸厚0.1～0.8 m，煤層厚0～12.8 m，平均7.96 m。該工作面走向長(zhǎng)度為1 284 m，其南側(cè)為1304綜放工作面采空區(qū)，北側(cè)為主副斜井，西側(cè)為零點(diǎn)邊界，東側(cè)為1301綜放工作面采空區(qū)。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為54.05 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為8.15 m3/t，礦井絕對(duì)CO2涌出量為8.37 m3/min，相對(duì)CO2涌出量為1.26 m3/t，屬高瓦斯礦井，且煤層透氣性較差，屬較難抽放煤層。

2 試驗(yàn)分析

2.1 試驗(yàn)方案

為保障回采期間工作面生產(chǎn)安全，在抽采本煤層瓦斯期間，于1302工作面420 m處實(shí)施了二氧化碳致裂煤層增透技術(shù)試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容為有效致裂半徑確定和致裂增透效果考察。本研究1302工作面二氧化碳致裂增透技術(shù)試驗(yàn)布置6個(gè)抽放孔。試驗(yàn)位置選擇于1302皮帶順槽5#鉆場(chǎng)外側(cè)，試驗(yàn)地點(diǎn)見(jiàn)圖1。設(shè)計(jì)施工爆破鉆孔2個(gè)，孔徑94 mm，孔深150 m，爆破深度40 m。非爆破鉆孔4個(gè)。

圖1 二氧化碳致裂爆破增透試驗(yàn)鉆孔及抽采布置

首先測(cè)試深孔預(yù)裂爆破炸藥對(duì)煤層預(yù)裂半徑的影響范圍，第1組試驗(yàn)由3個(gè)鉆孔組成，1#孔為爆破孔，孔徑為94 mm，2#、3#孔為控制孔，也為增透效果考察孔，孔徑均為94 mm；第2組試驗(yàn)由3個(gè)鉆孔組成，4#孔為爆破孔，孔徑為94 mm，5#、6#孔為控制孔，也為增透效果考察孔，孔徑均為94 mm(圖2)。鉆孔參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2 煤層預(yù)裂半徑測(cè)試鉆孔布置示意

試驗(yàn)鉆孔編號(hào)傾角/(°)與巷道夾角/(°)鉆孔長(zhǎng)度/m距爆破孔距離/m孔別第1組1#09050爆破孔2#090503.0考察孔3#090503.5考察孔第2組4#09050爆破孔5#090502.5考察孔6#90504.0考察孔

井下試驗(yàn)主要工作有打鉆、裝爆破筒、布線、封孔、起爆、效果考察。垂直于巷道走向在工作面煤體中交替布置爆破孔和控制孔，鉆孔布置見(jiàn)圖3。

圖3 1302工作面皮帶順槽預(yù)裂爆破鉆孔布置

爆破后對(duì)爆破孔以及控制孔進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽采瓦斯，測(cè)定其瓦斯?jié)舛?、流量等參?shù)，與在1302運(yùn)順其他未受爆破影響的鉆孔進(jìn)行比較，進(jìn)一步分析預(yù)裂效果。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

為排除地質(zhì)等外在因素對(duì)鉆孔封孔效果的影響，本研究選擇試驗(yàn)區(qū)域前后2段的帶壓封孔鉆孔(共5個(gè))作為對(duì)比孔。對(duì)比孔瓦斯抽采濃度及純量與爆破孔瓦斯抽采濃度及純量對(duì)比結(jié)果如圖4、圖5所示。

分析圖4、圖5可知：6#、3#孔距離爆破孔較遠(yuǎn)，但爆破后對(duì)煤層透氣性起到了一定的改善作用，預(yù)裂爆破半徑能夠達(dá)到4 m；隨著爆破孔與抽采孔距離的減小，如2#、5#孔的瓦斯抽采濃度及純量均成倍增加，增加量約為初始濃度及純量的4～5倍，但隨著抽采時(shí)間的增加，濃度及純量衰減較快，在抽采第18 d時(shí)，瓦斯抽采濃度及純量接近未爆破鉆孔；5#、2#孔數(shù)據(jù)對(duì)比表明，當(dāng)鉆孔與爆破孔的距離減小至一個(gè)定值時(shí)，對(duì)抽采的影響效果趨于穩(wěn)定，因此在對(duì)工作面進(jìn)行預(yù)裂爆破抽采鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮抽采效果及成本，本研究將鉆孔間距設(shè)計(jì)為3 m。

圖4 抽采孔瓦斯?jié)舛?/p>

圖5 抽采孔瓦斯純量

3 結(jié) 語(yǔ)

以郭家河煤礦1302工作面為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析了不同鉆孔間距對(duì)瓦斯抽采效果的影響。研究表明，當(dāng)鉆孔間距減小時(shí)，瓦斯抽采濃度及純量顯著增加，當(dāng)鉆孔間距減小至一定程度時(shí)，對(duì)瓦斯抽采濃度及純量的影響很小，因此本研究將適宜的鉆孔間距確定為3 m。

[1] 魏 剛，夏洪滿，姜鳳崗，等.液態(tài)二氧化碳爆破器落煤試驗(yàn)研究[J].煤礦開(kāi)采，2009，14(1)：22-24.

[2] 張子飛，來(lái)興平.復(fù)雜條件下急斜厚煤層高階段綜放開(kāi)采超前預(yù)爆破[J].煤炭學(xué)報(bào)，2008，33(8)：846-849.

[3] 丁學(xué)丞.煤層預(yù)裂爆破鉆孔合理間距數(shù)值模擬研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2013.

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[6] 田利軍.放頂煤開(kāi)采爆破破碎硬頂煤研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2003,28(1):17-21.

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[8] 龔 敏.突出煤層深孔控制爆破時(shí)控制孔的作用[J].爆炸與沖擊，2008，28(4)：310-315.