郭家河煤矿CO2深孔预裂爆破钻孔间距优选

2018-03-21狄存绪崔宏磊邢立杰

现代矿业 2018年2期

狄存绪崔宏磊邢立杰

(1.陕西郭家河煤业有限公司；2.煤科集团沈阳研究院有限公司)

二氧化碳预裂爆破属于松动爆破[1-3]，在对工作面进行爆破初期，需要估算其爆破影响范围。近年来，国内学者对深孔控制预裂爆破工艺进行了大量研究，魏殿志[4]运用爆炸冲击波理论分析了爆炸应力波在岩石中的传播规律，给出了爆破参数选取的理论依据；索永录[5]等采用X射线摄影技术研究了不耦合装药爆破扩腔过程；田利军[6]采用大煤样试验方法探索了坚硬顶煤的合理爆破参数取值；刘泽功等[7]对深孔预裂爆破提髙低渗透性煤层的瓦斯抽放率进行了数值模拟研究，认为深孔预裂爆破可为高瓦斯低渗透性煤层提供增透作用；龚敏[8]通过数值模拟试验，并结合煤矿现场爆破试验结果，探讨了不同爆破介质的动应力分布及抽放效果。上述成果大多涉及爆破机理及爆破装药参数优化取值，但对于二氧化碳在低透气性煤层中松动爆破孔间距取值的研究涉及较少，因此本研究以郭家河煤矿1302工作面为例，通过现场试验对该工作面CO2深孔预裂爆破钻孔间距取值进行探讨。

1 工程概况

郭家河煤矿1302工作面为该矿I盘区西翼采区第3个工作面。1302工作面所采煤层为中侏罗统延安组3#煤层，煤层黑色，煤岩类型以半亮型为主，条痕褐黑色，沥青光泽，条带状结构，层状构造，阶梯状断口，垂向裂隙发育，有3层夹矸，夹矸厚0.1～0.8 m，煤层厚0～12.8 m，平均7.96 m。该工作面走向长度为1 284 m，其南侧为1304综放工作面采空区，北侧为主副斜井，西侧为零点边界，东侧为1301综放工作面采空区。矿井绝对瓦斯涌出量为54.05 m3/min，相对瓦斯涌出量为8.15 m3/t，矿井绝对CO2涌出量为8.37 m3/min，相对CO2涌出量为1.26 m3/t，属高瓦斯矿井，且煤层透气性较差，属较难抽放煤层。

2 试验分析

2.1 试验方案

为保障回采期间工作面生产安全，在抽采本煤层瓦斯期间，于1302工作面420 m处实施了二氧化碳致裂煤层增透技术试验，试验内容为有效致裂半径确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术试验布置6个抽放孔。试验位置选择于1302皮带顺槽5#钻场外侧，试验地点见图1。设计施工爆破钻孔2个，孔径94 mm，孔深150 m，爆破深度40 m。非爆破钻孔4个。

图1 二氧化碳致裂爆破增透试验钻孔及抽采布置

首先测试深孔预裂爆破炸药对煤层预裂半径的影响范围，第1组试验由3个钻孔组成，1#孔为爆破孔，孔径为94 mm，2#、3#孔为控制孔，也为增透效果考察孔，孔径均为94 mm；第2组试验由3个钻孔组成，4#孔为爆破孔，孔径为94 mm，5#、6#孔为控制孔，也为增透效果考察孔，孔径均为94 mm(图2)。钻孔参数见表1。

图2 煤层预裂半径测试钻孔布置示意

试验钻孔编号倾角/(°)与巷道夹角/(°)钻孔长度/m距爆破孔距离/m孔别第1组1#09050爆破孔2#090503.0考察孔3#090503.5考察孔第2组4#09050爆破孔5#090502.5考察孔6#90504.0考察孔

井下试验主要工作有打钻、装爆破筒、布线、封孔、起爆、效果考察。垂直于巷道走向在工作面煤体中交替布置爆破孔和控制孔，钻孔布置见图3。

图3 1302工作面皮带顺槽预裂爆破钻孔布置

爆破后对爆破孔以及控制孔进行联网抽采瓦斯，测定其瓦斯浓度、流量等参数，与在1302运顺其他未受爆破影响的钻孔进行比较，进一步分析预裂效果。

2.2 试验结果

为排除地质等外在因素对钻孔封孔效果的影响，本研究选择试验区域前后2段的带压封孔钻孔(共5个)作为对比孔。对比孔瓦斯抽采浓度及纯量与爆破孔瓦斯抽采浓度及纯量对比结果如图4、图5所示。

分析图4、图5可知：6#、3#孔距离爆破孔较远，但爆破后对煤层透气性起到了一定的改善作用，预裂爆破半径能够达到4 m；随着爆破孔与抽采孔距离的减小，如2#、5#孔的瓦斯抽采浓度及纯量均成倍增加，增加量约为初始浓度及纯量的4～5倍，但随着抽采时间的增加，浓度及纯量衰减较快，在抽采第18 d时，瓦斯抽采浓度及纯量接近未爆破钻孔；5#、2#孔数据对比表明，当钻孔与爆破孔的距离减小至一个定值时，对抽采的影响效果趋于稳定，因此在对工作面进行预裂爆破抽采钻孔设计时，综合考虑抽采效果及成本，本研究将钻孔间距设计为3 m。