（四川华蓥山龙滩煤电有限责任公司 四川 广安 638020）
摘要：煤矿瓦斯是指以甲烷为主的有毒有害气体的总称，属矿井五大灾害之一，管理瓦斯是煤矿安全生产的重点。瓦斯抽采是防治瓦斯灾害、实施环境保护的重要举措，工作面顺层预抽煤层瓦斯就是顺煤层倾向施工钻孔并通过钻孔抽放煤层瓦斯的方法，该方法对降低煤层瓦斯含量具有很好的效果，但单一的采取该方法治理瓦斯所需要时间较长，同时受煤层透气性的影响很大。深孔预裂爆破就是在本煤层通过爆破的形式，增加煤层裂隙，提高瓦斯抽采效率的方法。
关键词：瓦斯；深孔；爆破；抽采率
龙滩矿井位于四川省广安市东约40km处，行政区划属四川省广安市广安区的龙滩、小井、桂兴，大竹县的欧家和邻水县的柑子。井田南北走向长11.3km，东西平均宽2.8km，井田面积30.26km2，全井田地质储量94155kt，可采储量75324kt。龙滩煤矿井田含煤地层为二叠系上统龙潭组（P2l），含煤2～4层，一般2层，其中全区可采1层（K1煤层），煤层瓦斯含量高，属煤与瓦斯突出矿井，矿井设计产能150万t/a。
1 瓦斯治理分析
煤矿瓦斯分为游离瓦斯和吸附瓦斯，吸附瓦斯含量与煤的结构特点和碳化程度有关，通常占煤层现有瓦斯含量的80%～90%，但是，游离瓦斯和吸附瓦斯处于不间断的动平衡状态。对于给定的煤体，其瓦斯含量一定时，其中的游离瓦斯和吸附瓦斯在一定条件下是可以相互转化的。到目前，治理煤层瓦斯主要以通过抽采煤层中游离瓦斯来达到治理瓦斯的目的，抽采瓦斯效果受钻孔暴露面、钻孔密度、抽放时间、煤层内裂隙的影响。深孔预裂爆破就是让煤层内部形成裂隙，达到增加瓦斯抽采效果的目的。
2 瓦斯抽采情况
龙滩煤矿采掘工作面主要采用本煤层瓦斯抽采的瓦斯治理措施，其中采煤工作面本煤层瓦斯抽采采取的是顺层钻孔预抽。
工作面瓦斯抽放钻孔在工作面机、风巷中施工，钻孔倾角和煤层相同，并与机、风巷成90°夹角施工。开孔位置一般布置在煤层中部，钻孔间距1.5m，孔径94mm，孔深100m，采用ZDY-4000S钻机施工。根据现场实测3124S工作面部分采效果，由于顺层钻孔均作用于未泄压的煤层，钻孔平均浓度达到了45%。
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3 深孔预裂爆破技术
3.1 深孔预裂爆破成缝机理
炸药在岩石中爆炸时，炸药能量以两种形式释放出来，一种是冲击波；一种是爆炸气体。岩石是在冲击波和爆炸气体膨胀压力综合作用下破碎的，即两种作用形式在爆破的不同阶段和针对不同岩石所起的作用不同。爆炸冲击波（应力波）使岩石产生裂缝，并将原始损伤裂隙进一步扩展；随着爆炸气体使这些裂隙贯通、扩大形成岩块，脱离母岩。此外，爆炸冲击波对高阻抗的致密、坚硬岩石作用更大，而爆炸气体膨胀压力对低阻抗的软弱岩石的破碎效果更佳。
假设岩石为均匀介质，当炸药置于无限均值岩石中爆炸时，在岩石中将形成以炸药为中心的由近及远的不同破坏区域，分别称为粉碎区、裂隙区、弹性震动区。裂隙区就是炸药爆炸后的冲击波随之传播范围的扩大，岩石单位面积的能流密度降低，冲击波衰减为压缩应力波。其强度已低于岩石的动抗强度，不能直接压碎岩石。但是，如果这种切向拉伸应变超过了岩石的动抗拉强度的话，那么在外围的岩石层中就会产生径向裂隙。深孔预裂爆破预抽瓦斯就是利用炸药爆炸形成的裂隙，提高瓦斯抽采效率的作用形式。
目前对炸药爆炸后裂隙半径与装药量间相互关系公式很多，根据前苏联科学家萨道夫斯基由实验归纳出爆破振动速度、介质性质、爆源条件、距爆源距离的相互关系，以及我国《爆破安全规程》列出了爆破点至计算点与地质条件有关的系数K和衰减系数α的计算选取范围，结合炸药在煤层中爆破和传播，K值取250，α取1.8；通过查询资料知当V值大于15cm/s时，将出现裂缝，故此处计算点产生裂缝的峰值振动速度V值取临界值15cm/s进行计算。
经计算单孔炸药量Q=10Kg时，计算点到爆源的距离R=10.28m；Q=12Kg时，R=10.93m； Q=14Kg时，R=11.5m；Q=16Kg时，R=12m；Q=18Kg时，R=12.5m。
通过上述计算可知，随着炸药量的增加，裂隙半径增加并不明显，并且炸药量增加后由于爆破冲击波易使炸药压实而产生拒爆，综上考虑，工作面预裂爆破单孔按装药量12Kg，裂隙半径10.93m进行设计。
3.2 实施方案
龙滩煤矿3124S工作面位于矿井312采区，工作面走向长度1486m，倾斜长度198m，煤层倾角3°～7°，平均5°，煤层厚度0.7～2.57m，平均1.55m。该工作面采用“Y”型通风方式，煤层瓦斯参数原始瓦斯压力为1.05MPa，原始瓦斯含量为10.067m3/t。该工作面在机、风巷施工钻孔时，交替布置抽采钻孔和预裂爆破孔。
3.3 预裂爆破孔设计参数
3124S工作面设计预裂爆破裂隙半径10.93m，考虑一定富余量，预裂爆破孔间距20m，钻孔采用ZDY-4000S施工，本煤层施工，与抽采钻孔平行布置，爆破孔孔径115mm，孔深60m。爆破采用串联爆破网络，炸药为三级煤矿需用乳化炸药。
（1）装药
采用φ50mmPVC管装药，在头节PVC管端头采用堵头堵塞，每节PVC管间用PVC管专用胶水连接。爆破孔采用正向装药，单孔装药量12Kg，每两节炸药必须彼此接触，每孔一发雷管，每个炮孔同时装填水炮泥和食盐。
（2）连线
采用串联连接，为提高爆破质量，每次预裂爆破采用同段起爆，一次爆破炮孔5~6个。
（3）爆破
采用远距离爆破，爆破点设在在新鲜风流中，撤出回风中所有作业人员，并对3124S工作面所有非本质安全设备进行断电，爆破后对预裂爆破孔封堵。为防止爆破孔在爆破时与抽采孔沟透破坏抽采系统，爆破前切断爆破孔30m范围的抽采孔，在爆破后恢复抽采。
4 瓦斯抽采效果效果考察
根据龙滩煤矿3124S工作面煤层深孔预裂爆破现场试验情况，根据爆破前后测定的瓦斯抽采孔的浓度，对预裂爆破抽采效果进行分析。爆破孔爆破后影响区域瓦斯抽采浓度都有不同程度的提升，影响区域爆破前平均瓦斯抽采浓度为45%，爆破后平均瓦斯抽采浓度为62%，是爆破前1.37倍。通过分析认为，炸药爆破后，由于爆破冲击波形成的径向裂隙，增加了煤层透气性，提高了游离瓦斯的抽采效率，而游离瓦斯的减少，能够促进吸附瓦斯转化为游离瓦斯，对提高瓦斯抽采效率具有重要作用。
5 结语
（1）工作面深孔预裂爆破通过炸药爆破后成缝机理，形成较大范围的径向裂隙，增加了煤层透气性，对于工作面消除盲区，提高治灾质量具有重要作用。
（2）龙滩煤矿深孔预裂爆破效果显示，爆破后瓦斯抽采浓度为爆破前瓦斯抽采浓度的1.37倍，若都以煤层瓦斯浓度降到8m3/t为例，采用预裂爆破预抽瓦斯可节约37%治灾时间。
论文作者:刘阳，范凯，卓军，何立菊
论文发表刊物:《科技新时代》2019年10期
论文发表时间:2019/12/6
标签：瓦斯论文; 煤层论文; 工作面论文; 裂隙论文; 炸药论文; 钻孔论文; 岩石论文; 《科技新时代》2019年10期论文;