CN114934765B - 一种煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法 - Google Patents

一种煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种煤巷水力切缝‑松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，涉及瓦斯抽采防治技术领域，本发明利用保护层开采原理，在靠近煤层底部利用水力切缝技术预割出一条水平切缝面，在煤层上部平行切缝方向进行松动爆破起裂，利用爆炸能量对煤层进行松动破坏发生膨胀变形，由于底部预留有煤层卸压移动空间，煤体将整体下移，为瓦斯运移扩展裂隙通道，最后达到煤体整体致裂效果。通过动静组合联合作用于煤巷掘进工作面,破坏相对煤层空间内煤体本质结构产生膨胀变形，使其在破坏应力作用下紊乱裂解，瓦斯加剧解吸，实现瓦斯的高效抽采。

Description

一种煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采防治技术领域，特别是涉及一种煤巷水力切 缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法。
背景技术
瓦斯灾害是严重制约煤矿安全高效生产的重要难题。我国煤炭资 源赋存条件复杂多变，普遍具有微孔隙、高吸附、低渗透的特点,抽 采效果较差，煤层的低渗透率成为制约瓦斯抽采的主要瓶颈。随着煤 矿采深的增加，煤层瓦斯压力高和低透气性煤层多的问题会越来越显 著，深部矿井普遍存在高瓦斯低渗透性的特点，从而导致瓦斯抽采效 果不佳的技术难题。如何通过裂隙改造提高煤层渗透率，实现瓦斯高 效抽采是目前亟待解决的重大科学问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯 抽采效率方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种煤巷 水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，具体包括以下步骤：
步骤一、构造煤层卸压移动空间；在靠近煤层底板处利用水平切 缝技术，对煤层进行切割，所形成的水平槽缝空间作为煤层卸压移动 空间；
步骤二、布置松动爆破孔；在煤层中上部，水平向煤层施工松动 爆破孔；
步骤三、煤层松动爆破；向松动爆破孔内装填炸药，并对松动爆 破孔进行封孔，炸药使用雷管进行起爆；
步骤四、瓦斯抽采。
优选的，所述步骤一中，煤层卸压移动空间高度与煤层高度的比 值为0.03～0.1：1，煤层卸压移动空间水平宽度与煤巷水平宽度的 比值为0.7～0.9:1。
优选的，所述步骤二中，松动爆破孔距离煤层顶板的距离与煤层 高度的比值为0.1～0.3:1。
优选的，所述步骤二中，相邻两松动爆破孔之间的间距为12～ 15m。
优选的，所述步骤二中，松动爆破孔孔径为75～90mm，松动爆 破孔孔深为12～20m。
优选的，所述步骤三中，所用雷管电阻正负误差不超过0.2Ω。
优选的，所述步骤三中，封孔长度不小于松动爆破孔孔深的1/3。
优选的，所述步骤四中，使用抽采系统进行瓦斯抽采时，达到设 计抽采时间后，进行抽采效果检验。
本发明公开了以下技术效果：本发明利用保护层开采原理，在靠 近煤层底部利用水力切缝技术预割出一条水平切缝面，在煤层上部平 行切缝方向进行松动爆破起裂，利用爆炸能量对煤层进行松动破坏发 生膨胀变形，由于底部预留有运移煤层卸压移动空间，煤体将整体下 移，为瓦斯运移扩展裂隙通道，最后达到煤体整体致裂效果。通过动 静组合联合作用于煤巷掘进工作面,破坏相对煤层空间内煤体本质结 构产生膨胀变形，使其在破坏应力作用下紊乱裂解，瓦斯加剧解吸， 实现瓦斯的高效抽采。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描 述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的 附图。
图1为本发明打钻布孔孔裂示意图；
图2为本发明实施例一中松动爆破冲击致裂示意图；
图3为本发明实施例二中松动爆破冲击致裂示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结 合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本发明提供一种煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率 方法，具体包括以下步骤：
步骤一、构造煤层卸压移动空间；在靠近煤层底板处利用水平切 缝技术，对煤层进行切割，利用高聚能的射流束冲击煤岩体进行割缝， 使煤层卸压的同时产生裂缝，达到煤层增透的目的，所形成的水平槽 缝空间作为煤层卸压移动空间；煤层卸压移动空间高度与煤层高度的 比值为0.03～0.1：1，煤层卸压移动空间水平宽度与煤巷水平宽度 的比值为0.7～0.9:1；
步骤二、布置松动爆破孔；在煤层中上部，水平向煤层施工松动 爆破孔；松动爆破孔距离煤层顶板的距离与煤层高度的比值为0.1～ 0.3:1，松动爆破孔孔径为75～90mmmm，松动爆破孔孔深为12～20m， 相邻两松动爆破孔之间的间距为12～15m；
步骤三、煤层松动爆破；向松动爆破孔内装填炸药，并对松动爆 破孔进行封孔，封孔长度不小于松动爆破孔孔深的1/3；炸药使用雷 管进行起爆，为保证雷管可靠性，所用雷管电阻正负误差不超过0.2Ω；
步骤四、瓦斯抽采；使用抽采系统进行瓦斯抽采时，达到设计抽 采时间后，进行抽采效果检验。
本发明采用水力切缝-深孔松动控制爆破联合致裂煤层，下部预 先割出的水平槽缝作为瓦斯运移煤层卸压移动空间，上部通过松动爆 破提供动载荷，根据爆炸动力学及弹性力学可知，强大冲击波瞬时产 生高压高温爆生气体作用于孔壁，以致爆破孔半径1～3倍范围以内 的煤体被强烈地压缩和粉碎，形成压缩粉碎区；然后，冲击波通过煤 体裂隙以应力波形式向煤体内部传播，在应力波作用下，煤体产生径 向位移，裂纹加以扩展延伸。解吸出的瓦斯借助下方预留有一层槽缝 作为运移煤层卸压移动空间，加速运移，增大瓦斯解吸率，最后达到 煤体层裂，瓦斯高效抽采。
实施例二
进一步的，为提高煤层松动爆破的增透效果，降低爆破的危险系 数，在实施例一的基础上，在煤层松动爆破前，水平向煤层施工多个 卸压控制孔，卸压控制孔设置在松动爆破孔与煤层卸压移动空间之间， 卸压控制孔与松动爆破孔交错设置，保证相邻的两松动爆破孔之间最 少设置一个卸压控制孔；卸压控制孔施工完成后，在卸压控制孔内预 设注浆管和回浆管，然后对卸压控制孔进行封口，将抽采系统连接注 浆管和回浆管对煤层进行第一次瓦斯抽采，这样就大大降低了瓦斯压 力梯度，使严重突出危险区域转化为无突出危险区，达到设计抽采时 间后，进行抽采效果检验；检验合格后，通过注浆管向卸压控制孔内进行注浆，当回浆管回浆时，停止注浆，待浆液凝固后，在进行煤层 松动爆破。
卸压控制孔在爆破过程中起到控制爆破方向与补偿爆破裂缝空 间作用。爆破后，松动爆破孔周围煤体的破裂与松动形成卸压圈，煤 层透气性系数大大增加，通过瓦斯抽放使煤体瓦斯压力下降、瓦斯含 量减少，消除了煤层的突出危险性。而且，卸压控制孔在施工时，可 以增加煤层中裂缝的数量，通过煤层松动爆破后，可以进一步对裂缝 进行扩展，更容易在煤层中形成裂隙网络，卸压控制孔的设置可以对 煤层起到增透效果。而且利用水平切缝面预先形成的层内水平空间， 由于煤体内压力差，在地应力和动荷载的双重作用下产生煤体松动， 使其在破坏应力作用下紊乱裂解，达到煤体整体致裂效果，为瓦斯运 移扩展裂隙通道，瓦斯加剧解吸。而通过向卸压控制孔内进行注浆， 可以降低爆破过程中的能少损失。
本发明利用保护层开采原理，在靠近煤层底部利用水力切缝技术 预割出一条水平切缝面，在煤层上部平行切缝方向进行松动爆破起裂， 利用爆炸能量对煤层进行松动破坏发生膨胀变形，由于底部预留有运 移煤层卸压移动空间，煤体将整体下移，为瓦斯运移扩展裂隙通道， 最后达到煤体整体致裂效果。通过动静组合联合作用于煤巷掘进工作 面,破坏相对煤层空间内煤体本质结构产生膨胀变形，使其在破坏应 力作用下紊乱裂解，瓦斯加剧解吸。
本发明提供的煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方 法，超过保护层开采最大膨胀变形量大于3/1000的检验要求，从而 增大裂隙通道提高瓦斯抽采效率。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为 对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本 发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普 通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本 发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一、构造煤层卸压移动空间；在靠近煤层底板处利用水平切缝技术，对煤层进行切割，所形成的水平槽缝空间作为煤层卸压移动空间；
步骤二、布置松动爆破孔；在煤层中上部，水平向煤层施工松动爆破孔；
步骤三、煤层松动爆破；向松动爆破孔内装填炸药，并对松动爆破孔进行封孔，炸药使用雷管进行起爆；
步骤四、瓦斯抽采。
2.根据权利要求1所述的煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，其特征在于，所述步骤一中，煤层卸压移动空间高度与煤层高度的比值为0.03～0.1：1，煤层卸压移动空间水平宽度与煤巷水平宽度的比值为0.7～0.9:1。
3.根据权利要求1所述的煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，其特征在于，所述步骤二中，松动爆破孔距离煤层顶板的距离与煤层高度的比值为0.1～0.3:1。
4.根据权利要求3所述的煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，其特征在于，所述步骤二中，相邻两松动爆破孔之间的间距为12～15m。
5.根据权利要求4所述的煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，其特征在于，所述步骤二中，松动爆破孔孔径为75～90mm，松动爆破孔孔深为12～20m。
6.根据权利要求1所述的煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，其特征在于，所述步骤三中，所用雷管电阻正负误差不超过0.2Ω。
7.根据权利要求1所述的煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，其特征在于，所述步骤三中，封孔长度不小于松动爆破孔孔深的1/3。
8.根据权利要求1所述的煤巷水力切缝-松动爆破联合增强瓦斯抽采效率方法，其特征在于，所述步骤四中，使用抽采系统进行瓦斯抽采时，达到设计抽采时间后，进行抽采效果检验。
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