穿层钻孔掏穴预裂爆破增透预抽瓦斯技术研究

王友洪

(1.安徽理工大学能源与安全学院; 安徽淮南232001; 2.淮南矿业集团淮沪煤电公司丁集煤矿, 安徽淮南232141)

穿层钻孔掏穴预裂爆破增透预抽瓦斯技术研究

王友洪1,2

(1.安徽理工大学能源与安全学院; 安徽淮南232001; 2.淮南矿业集团淮沪煤电公司丁集煤矿, 安徽淮南232141)

丁集矿11-2煤层透气性差,传统的穿层钻孔预抽煤层瓦斯效果差,煤层消突时间长,进而制约矿井采掘接替,为提高煤层瓦斯预抽率,实现煤层快速消突,从而达到煤巷快速掘进的目的,在丁集矿11-2煤层底抽巷采用穿层钻孔掏穴、深孔预裂爆破联合增透技术,底抽巷钻孔抽采数据表明,钻场平均瓦斯抽采浓度增大了1.67倍、平均瓦斯抽采流量增大了1.78倍,从而提高了瓦斯抽采率,缩短了抽采时间,解决了采掘接替紧张的难题,实现了煤巷安全、快速掘进。

煤层透气性; 穿层钻孔; 掏穴; 深孔预裂爆破

底抽巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出措施之一,透气性差的煤层穿层钻孔预抽瓦斯浓度、流量低,煤层消突时间长,影响矿井的采掘接替。丁集矿11-2煤层底抽巷施工穿层钻孔时实施了掏穴、深孔预裂爆破联合增透技术,提高了瓦斯抽采率,缩短了抽采时间,解决了采掘接替紧张的难题,实现了煤巷安全、快速掘进。

1 穿层钻孔掏穴、深孔预裂爆破联合增透预抽瓦斯技术原理

穿层钻孔掏穴是对已施工的钻孔煤层段实施二次扩孔,使钻孔煤层段孔径由原来的φ113 mm扩大为φ300 mm,增大了钻孔煤层暴露面积和钻孔周围煤体卸压范围,增强了煤层透气性,使瓦斯流动场扩大,增加了单孔抽采半径。

在掏穴钻孔两侧布置深孔预裂爆破孔,深孔预裂爆破是在已施工的钻孔煤层段装少量的炸药,大部分炸药装在煤层底板中,当爆炸产生的应力波传到煤岩界面时,由于岩石的波阻抗比煤大,其应力波必将大部分发生反射,形成反射拉伸波,又由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度,煤层底板产生裂隙的同时,煤岩之间也将产生裂隙,与此同时,一部分能量作用于煤层,将煤体破碎,这样在爆破孔周围形成立体裂隙,大大增加了煤层的透气性,并使煤岩体发生位移,再次增大了掏穴钻孔的煤层暴露面积和钻孔周围煤体卸压范围,达到提高瓦斯抽采效率的目的。

2 1222(1)运顺底抽巷掏穴钻孔、爆破钻孔设计

2.1 工程概况

丁集矿1222(1)运顺底抽巷位于矿井西一11-2采区,巷道按方位角270°施工,巷道断面设计3.3 m(高)×4.6 m(宽),沿砂质泥岩施工,选择砂岩为巷道顶板。巷道设计长度2 810 m,钻场中对中间距40 m布置,底抽巷与掩护煤巷中对中平距30 m,距11-2煤层底板法距25～30 m。

1222(1)运顺底抽巷实测11-2煤层瓦斯压力1.1 MPa、瓦斯含量5.65 m3/t,煤层厚度为2.6 m,煤层坚固性系数为0.53,透气性系数为0.013 15 m2/MPa2·d。

2.2 钻场施工规格

1222(1)运顺底抽巷每40 m布置一个钻场,钻场规格为5 m(宽)×4 m(深)×3 m (高),巷道中线至钻场一侧进行喷注浆(包括钻场),喷浆厚度要求覆盖锚网,并不得小于50 mm,喷浆结束后每个钻场设计施工8根中空注浆锚索,锚索长4.8 m,注浆压力达到6 MPa以上,通过中空注浆锚索注浆再次封堵加固围岩裂隙。

2.3 掏穴钻孔、爆破钻孔设计

钻场内设计施工3个掏穴钻孔,T 1～T 3为掏穴钻孔,钻孔煤层段实施二次扩孔,使钻孔煤层段孔径由原来的φ113 mm扩大为φ300 mm,钻孔穿透11-2煤顶板1 m。

钻场设计施工6个爆破钻孔,1#～6#为爆破钻孔,钻孔采用φ113 mm钻头施工。爆破孔走向间距为20 m,倾向间距为10 m,钻孔采用φ113 mm钻头施工,孔深进入11-2煤2 m停止钻进,不穿透煤层顶板。

钻场掏穴、爆破钻孔施工结束后施工40穿层钻孔,穿层钻孔终孔按照走向间距10 m倾向间距5 m布置。1222(1)运顺底抽巷掏穴、爆破钻孔设计如图1所示。

2.4 装药、封孔及爆破要求

2.4.1 装药

深孔预裂爆破增透选用煤矿瓦斯抽采水胶炸药,直径75 mm,每根长度为1 m,重量5 kg/m,1#、4#两个深孔装6根炸药,其余孔均装5根炸药,煤层底板以下岩石段炸药量控制在3～4根。每组装药量160 kg。

装药前,先用直径1.5寸的PVC管进行探孔,最前端连接一个φ75 mm的探管头,全程探孔一次,对孔内煤岩粉进行清理,防止下炸药时孔内堵塞下不到位,同时对探孔深度与打钻记录孔深核定,确定装药长度。

防止炸药送到位后下滑,在每根药柱前端孔内下入4～6根防滑钢丝,采用探管向孔内送药,每次送药2根,最后将炮头和返浆管一起送入孔内。装药示意图如图2所示。

2.4.2 封孔注浆

爆破孔采用注水泥浆封孔,封孔长度不小于20 m,孔口下4 m长注浆管,用聚氨酯固孔2 m,返浆管下至炸药处。注浆采用液压注浆泵,水泥浆水灰比0.7∶1,当返浆管返浆时立即停止注浆,并将返浆管对折扭结。水泥浆候凝不少于32 h后,组织进行爆破作业。封孔示意图如图3所示。

3 抽采效果考察

3.1 1222(1)运顺底抽巷1#、6#、7#钻场抽采效果考察

1222(1)运顺底抽巷12月5日开始在第一单元6#、7#钻场进行了掏穴、深孔预裂爆破,爆破后组织施工穿层钻孔。并在1#、6#、 7#钻场(每个钻场施工40个钻孔)安装了自动计量装置,其中1#钻场未采用掏穴、深孔预裂爆破措施。对1#、6#、7#钻场对掏穴、爆破前后穿层钻孔抽采效果进行了对比考察(2013年12月20日～2014年1月20日),如图4、图5所示。

考察结果:1222(1)运顺底抽巷1#钻场未进行掏穴、深孔预裂爆破,钻场抽采浓度为15%～20%,抽采纯量平均为0.16 m3/ min,单孔抽采纯量0.004 m3/min;6#、7#钻场实施掏穴、深孔预裂爆破增透后抽采支管浓度为35%～48%,抽采瓦斯纯量平均为0.32 m3/min,单孔抽采纯量0.008 m3/ min,与1#钻场抽采情况相比,单孔纯流量增加一倍。

3.2 1222(1)运顺底抽巷第一、第二评价单元抽采效果考察

1222(1)运顺底抽巷在2013年11月1日～2014年2月28日期间对第一单元(1#～7#钻场)、第二单元(8#～14#钻场)瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采流量进行考察,对比结果如图6、图7所示。

考察结果:1222(1)运顺底抽巷第一、第 二评价单元两个月的瓦斯抽采浓度进行对比。第一评价单元1#～7#钻场280个钻孔,单元抽采瓦斯浓度最大值为22.6%,最小值为16.4%,平均值为20.27%;第二评价单元8#～14#钻场280个钻孔,单元抽采瓦斯浓度最大值为37.98%,最小值为30.28%,平均值为33.93%;第二单元钻孔通过掏穴、深孔预裂爆破联合增透后平均瓦斯抽采浓度增大1.67倍。

1222(1)运顺底抽巷第一、第二评价单元两个月的瓦斯抽采流量进行对比。第一评价单元1#～7#钻场280个钻孔,单元抽采瓦斯流量最大值为1.45 m3/min,最小值为0.78 m3/min,平均值为1.07 m3/min;第二评价单元8#～14#钻场280个钻孔,单元抽采瓦斯流量最大值为2.48 m3/min,最小值为1.51 m3/min,平均值为1.9 m3/min;第二单元钻孔通过掏穴、深孔预裂爆破联合增透后平均瓦斯抽采流量增大1.78倍。

第一评价单元预抽煤巷条带长度256 m,预抽量132 191 m3/min;第二评价单元预抽煤巷条带长度283 m,预抽量134 578 m3/ min。第一评价单元预抽时间为2013年11月1日～2014年2月10日共计101 d,第二评价单元预抽时间为2013年12月30日～2014年3月19日共计80 d。第二评价单元预抽量比第一评价单元多2 387 m3/min,但预抽时间缩短21 d。

4 结论

掏穴钻孔、深孔预裂爆破联合增透技术首先由掏穴钻孔在煤层中形成大孔洞,再通过深孔预裂爆破在煤岩体中形成立体裂隙并且再次增大掏穴钻孔的煤层暴露面积和钻孔周围煤体卸压范围,增加煤层透气性,抽采效果提高显著。

掏穴钻孔、深孔预裂爆破联合增透技术施工工艺简单,操作方便,对穿层钻孔预抽煤层瓦斯具有积极的指导意义。

[1] 蔡如法.穿层钻孔掏穴增透强化抽采技术研究[J].建筑工业学院(自然科学版)2011,19(4): 50-53.

[2] 谢小平,方新秋,梁敏富.顶板千米定向钻孔瓦斯抽采技术[J].煤矿安全,2013(7):65-67.

[3] 王佰顺,戴广龙,童云飞,等.深孔松动爆破提高瓦斯抽放率的应用研究[J].煤矿安全, 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,四川绵阳人,助理工程师,研究方向为安全工程,电话:13866649901。