高抽巷爆破振动对顺层钻孔抽采效果的影响分析

张宏超　冷　超

(潞安集团余吾煤业有限公司)



高抽巷爆破振动对顺层钻孔抽采效果的影响分析

张宏超冷超

(潞安集团余吾煤业有限公司)

摘要瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害的根本措施，也是开发煤层气资源的重要手段，其中，顺层钻孔是煤矿抽采瓦斯的重要布孔方式。研究表明，高抽巷掘进期间爆破振动有助于增加煤体暴露面积，使煤层应力得到有效释放，提高煤层孔隙裂隙率，使原生裂隙进一步扩张、贯通，并产生新的裂隙，提高煤层透气性，加速吸附瓦斯解吸，扩大瓦斯抽采能力，提高瓦斯抽采率，缩短抽采达标时间。

关键词高瓦斯矿井高抽巷爆破顺层钻孔

1　工作面概况

山西潞安集团余吾煤业矿井生产能力6Mt/a，主采3#煤层，煤层平均厚度5.99m，采用综放开采，煤层瓦斯含量8.51m3/t。本次试验在S2107工作面，工作面沿底板掘进，煤厚5.78m，煤层瓦斯含量为9.484 6m3/t，为高瓦斯工作面，无煤与瓦斯突出危险性[1]。采用走向长壁、后退式大采高低位放顶煤，一次采全高全部垮落式综合机械化采煤法，U型通风系统，布置有顶板高抽巷。

S2107低位高抽巷采用炮掘作业，从S2107高抽巷1 197m处开口，与S2107高抽巷夹角20°，沿-10°下山掘进30m后，与S2107高抽巷夹角0°，沿-9°下山掘进至90m处时巷道底板距3#煤层顶板15m，然后水平掘进至75m，按-12°下山掘进至214m时，巷道底板距3#煤层顶板5m。

2014年6月6日，S2107低位高抽巷开始施工，至2014年8月2日已施工200m，两排炮孔(排距1.2m)装药量51.2kg,分两次放炮[2]。

2　振动影响分析

S2107回风顺槽共538个平行钻孔，其中切眼向外300m处施工166个钻孔，为本文的重点分析区域，钻孔间距1.25m[3]，孔口负压9～12kPa。

2.1瓦斯抽采量分析

图1为放炮前后回顺抽采钻孔抽采量的逐日变化情况[3]。

图1　S2107回顺抽采量逐日变化(2014年)

(1)6月6日施工低位高抽巷前，S2107回风顺槽的瓦斯抽采量无变化，施工后瓦斯抽采量增长了1.6m3/min。分析原因是在放炮震动的作用下，煤层裂隙增多所致[2]。

(2)7月1日瓦斯抽采量突然增高，比前一阶段瓦斯抽采量升高了6.25m3/min，主要原因是S2107回风顺槽平行孔在6月20日施工并网带抽，钻孔并网带抽数量增多，由495个增至538个钻孔。

(3)S2107回风顺槽切眼向外300m区域的原始瓦斯含量为9.91m3/t，实测瓦斯含量为7.135 9m3/t，降低了2.774 1m3/t；邻近区域的原始瓦斯含量为9.66m3/t，实测瓦斯含量为6.664 4m3/t，降低了2.995 6m3/t。两区域瓦斯含量下降值基本相同[4]。

(4)N1102工作面在受高抽巷放炮震动后，瓦斯抽采量由原来11m3/min提高到13m3/min，S2107与其结果相似[2]。

图2　低位高抽巷施工前后分析区域钻孔瓦斯浓度□—施工前浓度/%；■—施工后浓度/%；◆—负压/kPa

2.2瓦斯抽采浓度分析

通过图2分析，低位高抽巷施工前后，顺层钻孔的瓦斯浓度变化规律为：

(1)施工后，单孔瓦斯浓度平均由37%增大至50%。主要原因是放炮后S2107回风顺槽的煤体应力重新分布，封孔段的煤体重新压实，导致其漏气减小，抽采浓度升高[2]。

(2)浓度在80%以上的有26个钻孔，占总孔的15.7%，无浓度钻孔达80%。

(3)切眼300m外瓦斯浓度均在35%以上，受放炮震动影响不大。

(4)受放炮震动的区域，在炮掘推进后钻孔浓度基本保持不变。

3　结　论

(1)地面压裂井为S2107回风顺槽瓦斯抽采效果好的主要因素，其低位高抽巷放炮对煤层裂隙发育起到了催化作用，一定程度上提升了抽采效果，但不是主要因素。

(2)S2107回风顺槽在低位高抽巷施工前后，瓦斯抽采量增大了近6.25m3/min，主要原因是在高抽巷的掘进过程中，各个钻孔不断并网，并网后其钻孔的流场慢慢形成，促使其抽采量慢慢上升。

(3)在相同抽采负压下，受震动作用，瓦斯浓度增高，平均比未放炮前高出13%，主要原因是放炮后S2107回顺的煤体应力重新分布，封孔段的煤体重新压实，导致其漏气减小，抽采浓度升高。

(4)S2107低位高抽巷也是本煤层的保护层，在应力作用下，煤层会向该巷道鼓起，煤层内裂隙增多，且由于分析区域存在两条压力释放带，此处巷道的瓦斯释放作用也较为明显。

(5)放炮震动对煤层水平影响区域约为100m。

(6)高抽巷爆破震动提高了顺层钻孔在低透气性松软煤层抽采效果，解决了顺层钻孔预抽区段煤层抽采纯流低的问题；使空间煤体地应力释放、煤体透气性增加，提高了瓦斯抽采的浓度和流量，大幅度减少了抽采达标时间。

参考文献

[1]袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M].北京：煤炭工业出版社，2004.

[2]马小涛.高瓦斯低透气性煤层深孔爆破增透技术[J].煤矿开采，2010(2)：92-94.

[3]陈国新.煤矿瓦斯抽放技术与分析[J].煤矿安全，1995(5)：41-45.

[4]俞启香，王凯，杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报，2000，29(1)：9-14.

(收稿日期2016-04-26)

张宏超(1988—)，男，助理工程师，046100 山西省长治市屯留县。