CN104314605B - 一种钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法 - Google Patents

Abstract

一种钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法，适用于煤矿井下瓦斯的高效抽采。利用气泵向密封的钻孔内压入空气，空气与钻孔内涌出的瓦斯预混形成浓度在9％～10％的瓦斯混合气体，通过点火装置引爆混合气体，形成爆炸冲击波，致裂钻孔周围煤体。后一级爆炸在前一级的基础上爆炸，使钻孔周围煤体的裂纹进一步扩展；同时，冲击波压缩煤体形成更大的爆炸空间，加强了爆炸的威力。经过多级爆破，能够充分地构建煤体中的裂隙网络；同时爆炸产生的热效应能够显著降低瓦斯吸附势，促进瓦斯解吸和流动，从而达到强化高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采的目的。该方法成本低廉，简单易行，省时省力。可以显著扩大单孔有效卸压影响范围，使煤层瓦斯抽采效率提高60％以上。

Description

一种钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法

技术领域

本发明涉及一种钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法，尤其适用于煤矿井下高瓦斯低透气性煤层的瓦斯高效抽采。

背景技术

我国煤矿井下瓦斯治理的根本手段是以钻孔瓦斯抽采方式为主的瓦斯抽采措施。随着我国煤矿进入深部开采，煤层透气性低逐渐成为制约瓦斯高效抽采的主控因素。因此，强化煤体增透成为改善瓦斯抽采效果，实现深部煤与瓦斯共采的关键技术。爆破冲击波损伤煤体强化抽采法是近年来实践证明的有效措施之一。它主要是靠在煤层内部安装爆炸物，利用爆炸产生的冲击波对煤体进行损伤破坏，产生裂隙，从而增大煤层透气性，提高瓦斯抽采效果。然而，这种方法存在装药困难或装药盲区，制约现场应用或出现卸压不均匀的现象。另外，炸药本身就是危险源，对于井下安全生产也存在一定的威胁。因此，寻找一种省时省力、简单易行和成本低廉的强化增透措施是十分必要的，这对提高矿井瓦斯抽采效率及预防煤与瓦斯突出具有重要意义。

本质上说，瓦斯爆炸是一定浓度的甲烷和空气发生的剧烈氧化反应。当瓦斯浓度低于5％时，遇火不爆炸，但能在火焰外围形成燃烧层，当瓦斯浓度为9.5％时，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反应)；瓦斯浓度在16％以上时，失去其爆炸性，但在空气中遇火仍会燃烧。瓦斯爆炸产生的高温高压，促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击，造成人员伤亡，破坏巷道和器材设施，扬起大量煤尘并使之参与爆炸，产生更大的破坏力。另外，爆炸后生成大量的有害气体，造成人员中毒死亡。长期以来，瓦斯爆炸给煤矿的安全生产带来了巨大的威胁。但是，当瓦斯爆炸实现可控，并借助瓦斯爆炸的冲击力致裂煤体，构建裂隙网络；同时，爆炸产生的热效应可降低瓦斯吸附势能，促进瓦斯解吸流动，对提高钻孔瓦斯抽采效果具有十分重要的作用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、省时省力、操作方便、成本低廉、效果好的钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法。

技术方案：本发明的钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法，包括：1)在煤层中交错布置抽采孔和爆炸孔的孔位；2)施工抽采孔、封孔、联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；3)用钻机在爆炸孔的孔位处钻进穿过煤层顶板1m处，退钻；还包括如下步骤：

a.将点火装置的导线绑扎在检测管上，然后将检测管送入爆炸孔底，使绑扎在检测管上的导线前端位于煤层中部；

b.将注浆管、回浆管和注气管送入爆炸孔内，堵住孔口；

c.开启注浆泵，向爆炸孔内注浆，当回浆管回浆时，停止注浆；

d.待浆液凝固后，开启气泵，通过注气管向爆炸孔内压入空气；

e.打开检测管上的阀门，通过便携式瓦检仪检测爆炸孔内的瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到9～10％时，关闭气泵和阀门；

f.启动点火装置，引爆爆炸孔内的瓦斯，致裂爆炸孔周围的煤体，使煤体内产生大量的裂隙；

g.打开阀门，将检测管并入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；

h.当便携式瓦检仪检测到爆炸孔内的瓦斯浓度降低至30％时，开启气泵，再次向爆炸孔内压入空气；

i.待瓦斯浓度降至9～10％时，关闭气泵和阀门；

j.启动点火装置，再次引爆爆炸孔内的瓦斯，进一步扩展爆炸孔周围的裂隙；

k.重复步骤h～j，多次引爆爆炸孔内的瓦斯，最终贯穿爆炸孔周围的抽采孔。

所述的抽采孔与爆炸孔中心连线距离为10～15m；所述的检测管位于煤层段的管段上均匀布有若干小孔；所述的注气管比回浆管长0.5m。

有益效果：由于采用了上述技术方案，利用气泵向密封的钻孔内压入空气，空气与钻孔内涌出的瓦斯预混形成浓度在9％～10％的瓦斯混合气体，通过点火装置引爆混合气体，形成爆炸冲击波，致裂钻孔周围煤体。后一级爆炸在前一级的基础上爆炸，使钻孔周围煤体的裂纹进一步扩展；同时，冲击波压缩煤体形成更大的爆炸空间，加强了爆炸的威力。经过多级爆破，能够充分地构建煤体中的裂隙网络；同时爆炸产生的热效应能够显著降低瓦斯吸附势，促进瓦斯解吸和流动，从而达到强化高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采的目的。该方法成本低廉，简单易行，省时省力，不仅适合于上行孔，同时对下行孔和水平孔也具有较好的适用性，可以显著扩大单孔有效卸压影响范围，使煤层瓦斯抽采效率提高60％以上。

附图说明

图1是本发明的钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法示意图。

图中：1-注浆泵，2-气泵，3-点火装置，4-注浆管，5-回浆管，6-检测管，7-阀门，8-注气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

如图1所示，本发明的钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法，具体步骤如下：

(1)首先按常规方法在煤层中交错布置抽采孔和爆炸孔的孔位；其中，抽采孔与爆炸孔中心连线距离为10～15m；

(2)施工抽采孔、封孔、联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；

(3)用钻机在爆炸孔的孔位处钻进穿过煤层顶板1m处，退钻；

(4)将点火装置3的导线绑扎在检测管6上，然后将检测管6送入爆炸孔底，使绑扎在检测管6上的导线前端位于煤层中部；其中点火装置采用EPD系列便携式高能电点火装置；

(5)将注浆管4、回浆管5和注气管8送入爆炸孔内，堵住孔口；

(6)开启注浆泵1，向爆炸孔内注浆，当回浆管5回浆时，停止注浆；

(7)待浆液凝固后，开启气泵2，通过注气管8向爆炸孔内压入空气；

(8)打开检测管6上的阀门7，通过便携式瓦检仪检测爆炸孔内的瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到9～10％时，关闭气泵2和阀门7；

(9)启动点火装置3，引爆爆炸孔内的瓦斯，致裂爆炸孔周围的煤体，使煤体内产生大量的裂隙；

(10)打开阀门7，将检测管6并入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；

(11)当便携式瓦检仪检测到爆炸孔内的瓦斯浓度降低至30％时，开启气泵2，再次向爆炸孔内压入空气；

(12)待瓦斯浓度降至9～10％时，关闭气泵2和阀门7；

(13)启动点火装置3，再次引爆爆炸孔内的瓦斯，进一步扩展爆炸孔周围的裂隙；重复步骤9～12，多次引爆爆炸孔内的瓦斯，最终贯穿爆炸孔周围的抽采孔。

本发明亦可对水平孔和下行钻孔内进行多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采。

Claims (4)

1.一种钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法，包括：1)在煤层中交错布置抽采孔和爆炸孔的孔位；2)施工抽采孔、封孔、联入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；3)用钻机在爆炸孔的孔位处钻进，直至穿过煤层顶板1m处，退钻；其特征在于，还包括如下步骤：

a．将点火装置(3)的导线绑扎在检测管(6)上，然后将检测管(6)送入爆炸孔底，使绑扎在检测管(6)上的导线前端位于煤层中部；

b．将注浆管(4)、回浆管(5)和注气管(8)送入爆炸孔内，堵住孔口；

c．开启注浆泵(1)，向爆炸孔内注浆，当回浆管(5)回浆时，停止注浆；

d．待浆液凝固后，开启气泵(2)，通过注气管(8)向爆炸孔内压入空气；

e．打开检测管(6)上的阀门(7)，通过便携式瓦检仪检测爆炸孔内的瓦斯浓度，当瓦斯浓度达到9～10%时，关闭气泵(2)和阀门(7)；

f．启动点火装置(3)，引爆爆炸孔内的瓦斯，致裂爆炸孔周围的煤体，使煤体内产生大量的裂隙；

g．打开阀门(7)，将检测管(6)并入瓦斯抽采管网进行瓦斯抽采；

h．当便携式瓦检仪检测到爆炸孔内的瓦斯浓度降低至30%时，开启气泵(2)，再次向爆炸孔内压入空气；

i．待瓦斯浓度降至9～10%时，关闭气泵(2)和阀门(7)；

j．启动点火装置(3)，再次引爆爆炸孔内的瓦斯，进一步扩展爆炸孔周围的裂隙；

k．重复步骤h～j，多次引爆爆炸孔内的瓦斯，最终贯穿爆炸孔周围的抽采孔。

2.根据权利要求1所述的一种钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法，其特征在于：抽采孔与爆炸孔中心连线距离为10～15m。

3.根据权利要求1所述的一种钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法，其特征在于：所述的检测管(6)位于煤层段的管段上均匀布有若干小孔。

4.根据权利要求1所述的一种钻孔内多级瓦斯爆炸致裂煤体强化抽采方法，其特征在于：所述的注气管(8)比回浆管(5)长0.5m。