深孔预裂控制爆破增流提透技术

深孔预裂爆破增透技术在井筒揭煤中的应用研究汤静;石必明【摘要】为了增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率、消除煤层突出危险性,通过数值模拟和现场试验的方法,对深孔预裂爆破煤层增透技术在低透气性高瓦斯煤层中的应用进行了系统研究,得出了煤岩不同的力学性质和控制孔的导向作用.通过对两个爆破孔与控制孔应力云图、裂隙图的数值模拟,再现了应力波在煤岩体中的传播与衰减规律,以及煤岩体裂隙的扩展变化过程.最后,在谢桥矿13-1煤层实施深孔预裂爆破试验,试验表明采用该技术显著增大了煤体透气性,提高了瓦斯抽采浓度和抽采量,故而是一种经济可行的对于防治低透气性高瓦斯煤层突出的方案.【期刊名称】《安徽理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(036)002【总页数】5页(P25-29)【关键词】深孔预裂爆破;低透气性突出煤层;卸压增透;爆破裂隙;数值模拟【作者】汤静;石必明【作者单位】安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TD235.33近些年我国的瓦斯抽采技术有较快的发展，但是总体水平仍然较低。

其中一个重要原因就是绝大多数的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属低透气性煤层，另外随着我国煤炭工业的发展，大多数煤矿已经进入深部开采，煤层瓦斯含量和压力不断增加，煤层透气性不断降低，瓦斯抽采愈加困难。

因此，在抽采瓦斯过程中，如何增加煤层透气性已成为亟待解决的技术难题。

近几年来，随着爆破技术，特别是深孔预裂爆破技术的不断完善和发展，使得这项技术在增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率、防治煤与瓦斯突出等方面得到了广泛的应用，并取得了良好效果。

国内许多学者也对深孔预裂爆破技术进行大量的研究。

文献[1]从理论和模型实验两方面对深孔预裂爆破的控制孔作用进行了研究分析；文献[2]在岩石三向受力及其强度效应和Misses强度准则的基础上，推导出了在岩石中爆破后的压碎圈和裂隙圈半径公式；文献[3]利用岩石爆破理论和损伤力学理论，分析了爆破后爆炸应力波的作用机理及其作用下煤体的损失断裂准则；文献[4]在柱状空腔膨胀理论的基础上，分析研究了爆炸荷载作用下煤体的力学特性；文献[5]采用通用动力分析程序DYAN3D，模拟研究了爆破对煤体破坏的范围和瓦斯抽采的影响区域。

赤峪煤矿C1201工作面深孔预裂爆破强化增透抽采应用研究针对我国深部煤层开采存在着的瓦斯压力大、煤层透气性差以及瓦斯抽采困难的难题,以赤峪煤矿C1201工作面区域作为试验区域,采用深孔预裂爆破技术对煤层进行卸压增透。

通过对国内外深孔爆破强化增透技术和机理的总结,以理论研究为基础,结合相似模拟试验的结果,将深孔预裂爆破试验方案应用于赤峪煤矿C1201工作面。

最后通过考察赤峪煤矿C1201工作面实测瓦斯抽采数据,对深孔预裂爆破强化增透抽采技术在低透气性高瓦斯煤层中的适用效果进行了系统研究。

本文主要完成了以下工作:首先通过对煤层瓦斯赋存和流动理论的分析总结,得出影响煤体吸附性能的因素有煤体本身性质、瓦斯特性以及外界因素,并对含瓦斯煤体的特性进行了分析总结。

之后通过总结国内外研究现状,从理论层面上分析了深孔预裂爆破卸压增透的作用机理,探讨了爆炸冲击波、应力波、爆生气体、瓦斯压力以及控制孔的作用机理。

总结得出:爆炸冲击波作用于煤体形成粉碎区并衰减为应力波,应力波作用于煤体产生大量的裂隙,遇到自由面反射拉伸进一步扩展裂隙,并在爆生气体和瓦斯压力的共同作用之下,裂隙发育的更加丰富,形成了裂隙圈;其次,在相似理论的指导下,根据原始煤岩的力学参数确定配比材料和方案。

通过超动态应变仪和网络并行电法仪多手段检测模型裂隙发展规律。

试验结果表明:炸药在煤岩交界处爆炸后,煤体在冲击波的作用下先受压、后受拉,并且随着传播距离的增大,冲击波的能量不断衰减。

通过网络并行电法仪测量结果可以得知爆破后的模型电阻率急剧升高,表明煤体内部的通电道路被截断、阻隔,侧面反映裂隙在煤体内部发育良好,煤层透气性明显改善。

同时确定了爆破的松动范围为4.5m。

最后,根据赤峪煤矿C1201工作面实时测量的数据可以看出,深孔预裂爆破后的瓦斯抽采浓度是之前的1.9～3.2倍,瓦斯抽采流量为之前的1.4～2.6倍,且有效松动半径为4.5m,表明深孔预裂爆破有效的改善了煤层透气性差、瓦斯抽采困难的局面,值得推广使用。

10m以上深孔预裂爆破的安全技术要求
10m以上深孔预裂爆破的安全技术要求
【规程条文】第三百五十三条在高瓦斯、突出矿井的采掘工作面的实体煤中，为增加煤体裂隙、松动煤体而进行的10m以上的深孔预裂控制爆破，可以使用二级煤矿许用炸药，并制定安全措施。

【执行说明】为防止产生爆燃，必须选用含水型的煤矿许用炸药，严格限制单孔装药量。

煤矿许用毫秒雷管在出库前，必须事先进行导通检查。

炮眼布置方式、炮眼深度、装药量、起爆顺序，必须严格执行爆破说明书的规定。

由于炮孔内有煤渣，同时又受地应力的影响，在炮孔钻杆拔出时，用探孔管对炮孔进行探孔，并记录炮孔的深度后，确定装药的数量与长度。

为了保证细长药卷间隔装药或连续装药起爆的可靠性，必须在炮孔内沿孔全长敷设煤矿许用导爆索。

炮眼封泥长度执行《规程》第三百五十九条的规定。

爆破严格执行一炮三检制和三人连锁爆破制。

爆破前，爆破工必须做电爆网路全电阻检查。

为了防止延时突出，爆破后至少等20min，方可进入工作面。

必须有撤人、停电、警戒、远距离爆破、反向风门等安全防护措施。

突出矿井采掘工作面在预裂爆破后，停止作业4～8h。

撤人和爆破距离根据突出危险程度确定，一般不小于200m，撤出人员应处于新鲜风流中。

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低透气煤层深孔预裂爆破增透技术研究及应用一、本文概述本文旨在探讨和研究低透气煤层的深孔预裂爆破增透技术，并详细阐述其在实际应用中的效果。

低透气煤层由于煤体透气性差，瓦斯抽采效率低，严重制约了煤矿的安全生产和高效开采。

因此，研究和应用深孔预裂爆破增透技术，对于提高低透气煤层的瓦斯抽采效率，增强矿井的安全生产能力，具有重要的理论价值和现实意义。

本文将首先介绍低透气煤层的特性及其瓦斯抽采的困难，然后详细阐述深孔预裂爆破增透技术的原理、技术流程以及关键参数的选择。

接着，通过具体的工程实例，分析深孔预裂爆破增透技术在低透气煤层中的应用效果，包括瓦斯抽采量的提升、煤体透气性的改善等方面。

对深孔预裂爆破增透技术的优缺点进行客观评价，提出今后研究的方向和建议，以期推动该技术在煤矿安全生产和高效开采中的更广泛应用。

二、低透气煤层开采现状与技术瓶颈低透气煤层是指煤层的透气性较差，瓦斯排放困难，容易积聚，从而增加了煤炭开采的安全风险。

在我国，低透气煤层的分布广泛，特别是在一些主要的煤炭产区，如山西、陕西、贵州等地，低透气煤层的开采问题尤为突出。

目前，低透气煤层的开采主要面临两大技术瓶颈。

首先是瓦斯抽采效率低下。

由于煤层的透气性差，传统的瓦斯抽采方法难以有效地将瓦斯抽出，导致井下瓦斯浓度高，不仅影响生产效率，还严重威胁着工人的生命安全。

其次是爆破增透技术的不成熟。

尽管国内外学者对爆破增透技术进行了大量研究，但在实际应用中，由于煤层的复杂性和不确定性，爆破增透效果往往难以达到预期，且存在安全隐患。

针对这些技术瓶颈，近年来，国内外学者和企业纷纷开展了一系列的研究和尝试，旨在通过技术创新和工艺改进，提高低透气煤层的开采效率和安全性。

其中，深孔预裂爆破增透技术作为一种新型的瓦斯治理技术，凭借其独特的优势，在低透气煤层的开采中展现出了广阔的应用前景。

三、深孔预裂爆破增透技术原理深孔预裂爆破增透技术是一种通过人为制造爆破裂缝，改善煤层的透气性，从而提高瓦斯抽采效率的技术手段。

煤矿井下6种常用瓦斯治理增透措施解读通过充分调研国内现在各主要突出矿井使用的瓦斯泄压增透抽采技术，常见的通常有以下6种：①水力割缝技术；②水力冲刷技术；③水力冲孔技术；④水力挤出技术；⑤深孔预裂爆破技术；⑥水力压裂技术。

水力化技术主要原理是将具有高压能的水压入煤体内，延伸煤层原生的裂隙，或者人为的挤压形成新的孔隙、裂缝等，使得岩体的位置发生变化，进而对煤层完成了卸压、增渗。

1、水力割缝技术大致过程为：将具有一定高压能的水，射入到钻孔内，钻孔内四周的煤体受到冲击，且通过钻孔排出，钻孔四周通过水力的作用出现了大量的缝槽，提高了产煤量，提供了煤体变形空间，増大单孔影响范围，改善了瓦斯流动条件。

采用割缝的方法释放部分煤体的有效应力，使煤体发生塌陷和垮落，应力场发生变化，煤体缝隙的数量和宽度等都显著变大，煤体的渗透性大大提升。

但在实际工程中，由于诸多因素（如地质条件）的干扰，水力切割形成的间隙较小，煤体还没达到预期的破裂效果就在外力作用下的复合，割缝效果因此大幅减小。

而且在钻孔自喷煤层或硬质煤的矿井中这个技术是不能使用的。

2、水力冲刷技术是用水以一定的压力能冲刷钻孔，将水注入煤体，水压破坏了煤体，使煤体中的瓦斯被挤压出煤体，裂隙的数量以及煤体的湿度不断增加，煤质逐渐疏松，瓦斯抽采具有显著的增透作用，泄压的范围大大扩大，瓦斯压力显著降低，流动性显著增强，这与煤矿开采中的瓦斯泄压效果是一致的。

此外，该技术可以改变煤体的力学特性，增强塑性，降低弹性模量，使煤体内部的应力分布发生变化，可以有效避免瓦斯突出所造成的危害和损失，保证煤矿开采工作的高效开展。

3、水力冲孔技术可以有效地保护煤岩柱。

存在煤与瓦斯突出威胁的煤层可以实施水力冲孔作业，钻孔施工好后，通过高压水作业喷头冲击钻孔四周的煤体，大量的原煤和瓦斯被冲出，并出现大量裂隙，煤层应力重新分布，从而局部煤层完成卸压增透，有力地提高了抽放效果，在一定范围内降低了煤层瓦斯突出的威胁。

高应力低渗透煤层深孔爆破增透机理与效果王海东（煤炭科学研究总院沈阳研究院，辽宁抚顺113122）摘要：采用Hoek－Brown（HB）准则转化得到的等效Mohr－Coulomb（MH）准则表征煤体的本构特性，建立了高应力煤层深孔爆破的有限差分动力数值计算模型。

通过数值解与理论解的对比验证了FLAC3D动力模块模拟爆炸应力波在煤岩体介质中传播规律的有效性。

在爆炸应力波、爆生气体单独作用下以及两者共同作用下，对高应力煤层深孔爆破致裂增透过程进行了3种工况的动力数值模拟，通过模拟得出深埋高应力煤体深孔预裂控制爆破影响的主要因素及作用机理。

关键词：高应力低渗透煤层；深孔爆破；爆炸应力波；爆生气体中图分类号：TD235．37文献标志码：A文章编号：1003－496X（2012）S0－0017－05Enhancing Permeability Mechanism and Effectiveness of Deep－hole Blasting inHigh Stressed and Low Permeable Coal SeamWANG Hai－dong（Shenyang Branch of China Coal Research Institute，Fushun113122，China）Abstract：A finite difference dynamic numerical calculation model for high stressed coal seam deep－hole blasting was set up by using the equivalent MH criterion which transformed from HB criterion to represent the constitutive behavior of coal body．Through the com-parison between numerical solution and theoretical solution，the effectiveness of FLAC3D power module in simulating the propagation laws of blasting stress wave in coal or rock mass was verified．Under the respective action of blasting stress and detonation gas，or under the action of both of them，three dynamic simulations on coal permeability enhancement by deep－hole blasting were conducted，and the key factors and mechanisms affecting deep－hole controlled blasting in high stressed coal body are achieved by simulation．Key words：high stressed and low permeable coal seam；deep－hole blasting；blasting stress wave；detonation gas文献资料表明［1］，迄今国外开采深度超过千米以上的金属矿山至少在114座以上，中国开采深度千米以上的金属矿3座，煤矿至少17座。