穿層鉆孔掏穴預裂爆破增透預抽瓦斯技術研究

王友洪

(1.安徽理工大學能源與安全學院; 安徽淮南232001; 2.淮南礦業集團淮滬煤電公司丁集煤礦, 安徽淮南232141)

穿層鉆孔掏穴預裂爆破增透預抽瓦斯技術研究

王友洪1,2

(1.安徽理工大學能源與安全學院; 安徽淮南232001; 2.淮南礦業集團淮滬煤電公司丁集煤礦, 安徽淮南232141)

丁集礦11-2煤層透氣性差,傳統的穿層鉆孔預抽煤層瓦斯效果差,煤層消突時間長,進而制約礦井采掘接替,為提高煤層瓦斯預抽率,實現煤層快速消突,從而達到煤巷快速掘進的目的,在丁集礦11-2煤層底抽巷采用穿層鉆孔掏穴、深孔預裂爆破聯合增透技術,底抽巷鉆孔抽采數據表明,鉆場平均瓦斯抽采濃度增大了1.67倍、平均瓦斯抽采流量增大了1.78倍,從而提高了瓦斯抽采率,縮短了抽采時間,解決了采掘接替緊張的難題,實現了煤巷安全、快速掘進。

煤層透氣性; 穿層鉆孔; 掏穴; 深孔預裂爆破

底抽巷穿層鉆孔預抽煤層瓦斯是防治煤與瓦斯突出措施之一,透氣性差的煤層穿層鉆孔預抽瓦斯濃度、流量低,煤層消突時間長,影響礦井的采掘接替。丁集礦11-2煤層底抽巷施工穿層鉆孔時實施了掏穴、深孔預裂爆破聯合增透技術,提高了瓦斯抽采率,縮短了抽采時間,解決了采掘接替緊張的難題,實現了煤巷安全、快速掘進。

1 穿層鉆孔掏穴、深孔預裂爆破聯合增透預抽瓦斯技術原理

穿層鉆孔掏穴是對已施工的鉆孔煤層段實施二次擴孔,使鉆孔煤層段孔徑由原來的φ113 mm擴大為φ300 mm,增大了鉆孔煤層暴露面積和鉆孔周圍煤體卸壓范圍,增強了煤層透氣性,使瓦斯流動場擴大,增加了單孔抽采半徑。

在掏穴鉆孔兩側布置深孔預裂爆破孔,深孔預裂爆破是在已施工的鉆孔煤層段裝少量的炸藥,大部分炸藥裝在煤層底板中,當爆炸產生的應力波傳到煤巖界面時,由于巖石的波阻抗比煤大,其應力波必將大部分發生反射,形成反射拉伸波,又由于巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度,煤層底板產生裂隙的同時,煤巖之間也將產生裂隙,與此同時,一部分能量作用于煤層,將煤體破碎,這樣在爆破孔周圍形成立體裂隙,大大增加了煤層的透氣性,并使煤巖體發生位移,再次增大了掏穴鉆孔的煤層暴露面積和鉆孔周圍煤體卸壓范圍,達到提高瓦斯抽采效率的目的。

2 1222(1)運順底抽巷掏穴鉆孔、爆破鉆孔設計

2.1 工程概況

丁集礦1222(1)運順底抽巷位于礦井西一11-2采區,巷道按方位角270°施工,巷道斷面設計3.3 m(高)×4.6 m(寬),沿砂質泥巖施工,選擇砂巖為巷道頂板。巷道設計長度2 810 m,鉆場中對中間距40 m布置,底抽巷與掩護煤巷中對中平距30 m,距11-2煤層底板法距25～30 m。

1222(1)運順底抽巷實測11-2煤層瓦斯壓力1.1 MPa、瓦斯含量5.65 m3/t,煤層厚度為2.6 m,煤層堅固性系數為0.53,透氣性系數為0.013 15 m2/MPa2·d。

2.2 鉆場施工規格

1222(1)運順底抽巷每40 m布置一個鉆場,鉆場規格為5 m(寬)×4 m(深)×3 m (高),巷道中線至鉆場一側進行噴注漿(包括鉆場),噴漿厚度要求覆蓋錨網,并不得小于50 mm,噴漿結束后每個鉆場設計施工8根中空注漿錨索,錨索長4.8 m,注漿壓力達到6 MPa以上,通過中空注漿錨索注漿再次封堵加固圍巖裂隙。

2.3 掏穴鉆孔、爆破鉆孔設計

鉆場內設計施工3個掏穴鉆孔,T 1～T 3為掏穴鉆孔,鉆孔煤層段實施二次擴孔,使鉆孔煤層段孔徑由原來的φ113 mm擴大為φ300 mm,鉆孔穿透11-2煤頂板1 m。

鉆場設計施工6個爆破鉆孔,1#～6#為爆破鉆孔,鉆孔采用φ113 mm鉆頭施工。爆破孔走向間距為20 m,傾向間距為10 m,鉆孔采用φ113 mm鉆頭施工,孔深進入11-2煤2 m停止鉆進,不穿透煤層頂板。

鉆場掏穴、爆破鉆孔施工結束后施工40穿層鉆孔,穿層鉆孔終孔按照走向間距10 m傾向間距5 m布置。1222(1)運順底抽巷掏穴、爆破鉆孔設計如圖1所示。

2.4 裝藥、封孔及爆破要求

2.4.1 裝藥

深孔預裂爆破增透選用煤礦瓦斯抽采水膠炸藥,直徑75 mm,每根長度為1 m,重量5 kg/m,1#、4#兩個深孔裝6根炸藥,其余孔均裝5根炸藥,煤層底板以下巖石段炸藥量控制在3～4根。每組裝藥量160 kg。

裝藥前,先用直徑1.5寸的PVC管進行探孔,最前端連接一個φ75 mm的探管頭,全程探孔一次,對孔內煤巖粉進行清理,防止下炸藥時孔內堵塞下不到位,同時對探孔深度與打鉆記錄孔深核定,確定裝藥長度。

防止炸藥送到位后下滑,在每根藥柱前端孔內下入4～6根防滑鋼絲,采用探管向孔內送藥,每次送藥2根,最后將炮頭和返漿管一起送入孔內。裝藥示意圖如圖2所示。

2.4.2 封孔注漿

爆破孔采用注水泥漿封孔,封孔長度不小于20 m,孔口下4 m長注漿管,用聚氨酯固孔2 m,返漿管下至炸藥處。注漿采用液壓注漿泵,水泥漿水灰比0.7∶1,當返漿管返漿時立即停止注漿,并將返漿管對折扭結。水泥漿候凝不少于32 h后,組織進行爆破作業。封孔示意圖如圖3所示。

3 抽采效果考察

3.1 1222(1)運順底抽巷1#、6#、7#鉆場抽采效果考察

1222(1)運順底抽巷12月5日開始在第一單元6#、7#鉆場進行了掏穴、深孔預裂爆破,爆破后組織施工穿層鉆孔。并在1#、6#、 7#鉆場(每個鉆場施工40個鉆孔)安裝了自動計量裝置,其中1#鉆場未采用掏穴、深孔預裂爆破措施。對1#、6#、7#鉆場對掏穴、爆破前后穿層鉆孔抽采效果進行了對比考察(2013年12月20日～2014年1月20日),如圖4、圖5所示。

考察結果:1222(1)運順底抽巷1#鉆場未進行掏穴、深孔預裂爆破,鉆場抽采濃度為15%～20%,抽采純量平均為0.16 m3/ min,單孔抽采純量0.004 m3/min;6#、7#鉆場實施掏穴、深孔預裂爆破增透后抽采支管濃度為35%～48%,抽采瓦斯純量平均為0.32 m3/min,單孔抽采純量0.008 m3/ min,與1#鉆場抽采情況相比,單孔純流量增加一倍。

3.2 1222(1)運順底抽巷第一、第二評價單元抽采效果考察

1222(1)運順底抽巷在2013年11月1日～2014年2月28日期間對第一單元(1#～7#鉆場)、第二單元(8#～14#鉆場)瓦斯抽采濃度、瓦斯抽采流量進行考察,對比結果如圖6、圖7所示。

考察結果:1222(1)運順底抽巷第一、第 二評價單元兩個月的瓦斯抽采濃度進行對比。第一評價單元1#～7#鉆場280個鉆孔,單元抽采瓦斯濃度最大值為22.6%,最小值為16.4%,平均值為20.27%;第二評價單元8#～14#鉆場280個鉆孔,單元抽采瓦斯濃度最大值為37.98%,最小值為30.28%,平均值為33.93%;第二單元鉆孔通過掏穴、深孔預裂爆破聯合增透后平均瓦斯抽采濃度增大1.67倍。

1222(1)運順底抽巷第一、第二評價單元兩個月的瓦斯抽采流量進行對比。第一評價單元1#～7#鉆場280個鉆孔,單元抽采瓦斯流量最大值為1.45 m3/min,最小值為0.78 m3/min,平均值為1.07 m3/min;第二評價單元8#～14#鉆場280個鉆孔,單元抽采瓦斯流量最大值為2.48 m3/min,最小值為1.51 m3/min,平均值為1.9 m3/min;第二單元鉆孔通過掏穴、深孔預裂爆破聯合增透后平均瓦斯抽采流量增大1.78倍。

第一評價單元預抽煤巷條帶長度256 m,預抽量132 191 m3/min;第二評價單元預抽煤巷條帶長度283 m,預抽量134 578 m3/ min。第一評價單元預抽時間為2013年11月1日～2014年2月10日共計101 d,第二評價單元預抽時間為2013年12月30日～2014年3月19日共計80 d。第二評價單元預抽量比第一評價單元多2 387 m3/min,但預抽時間縮短21 d。

4 結論

掏穴鉆孔、深孔預裂爆破聯合增透技術首先由掏穴鉆孔在煤層中形成大孔洞,再通過深孔預裂爆破在煤巖體中形成立體裂隙并且再次增大掏穴鉆孔的煤層暴露面積和鉆孔周圍煤體卸壓范圍,增加煤層透氣性,抽采效果提高顯著。

掏穴鉆孔、深孔預裂爆破聯合增透技術施工工藝簡單,操作方便,對穿層鉆孔預抽煤層瓦斯具有積極的指導意義。

[1] 蔡如法.穿層鉆孔掏穴增透強化抽采技術研究[J].建筑工業學院(自然科學版)2011,19(4): 50-53.

[2] 謝小平,方新秋,梁敏富.頂板千米定向鉆孔瓦斯抽采技術[J].煤礦安全,2013(7):65-67.

[3] 王佰順,戴廣龍,童云飛,等.深孔松動爆破提高瓦斯抽放率的應用研究[J].煤礦安全, 2002,33(11):8-10.

Enhancement of Gas Permeability Combining Cave-digging Using Cross Holes and Deep-hole Presplitting Blasting in Bed Plate Tunnel

WANG You-hong1,2
(1.Anhui University of Science an d Technology, Huainan Anhui 232001; 2.Din gji Coal Mine, Huai-Hu Coal an d Power Compan y,Huainan Coal Mine Group, Huainan Anhui 232141)

NO.11-2 coal seam in Dingji coal mine has low gas permeability.Traditional Gas predrainage using cross hole has poor effect,and control of coal and gas outburst always needs a long time. This leads to conflict between roadway excavation and coal mining.In order to increase efficiency of gas drainage,decrease time of coal and gas outburst control,and speed up roadway excavation,a technology combining cave-digging using cross hole and deep-hole pre-splitting blasting was used to enhance gas permeability.Methane concentration of gas drainage was increased by 1.65 times and gas flow increased by 1.78 times.As a result,efficiency of gas drainage was increased and the responding time was shortened. The conflict between roadway excavation and coal mining was solved,and speed of safe roadway excavation was accelerated.

gas permeability; cross hole; cave-digging; deep-hole presplitting blasting

TD712.6

B

1671-4733(2015)02-0001-05

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.02.001

2015-04-10

王友洪(1982-),男,四川綿陽人,助理工程師,研究方向為安全工程,電話:13866649901。