深孔预裂爆破穿层增透装药技术的实验研究

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深孔预裂爆破已在国民经济建设和资源的开采中广泛应用,而装药技术与爆破效果密切相关。随着煤矿行业的快速发展,开采的深度的逐渐增加,煤层的透气性降低,使开采面临着严峻的挑战。因此,深部矿井低透气性高瓦斯煤层增透机理的研究仍是防治煤矿瓦斯灾害的重要课题。近年来,煤矿深孔爆破技术逐渐应用于煤层增透、井筒揭煤、综采面巨厚顶板超前弱化等课题,其中研究装药的整套技术对改善爆破效果具有非常重要的意义。本文利用模型试验和超动态应变测试等手段,基于岩石爆破理论和应力波传播理论,完成了将炸药分别装于煤层、煤层底板和煤-岩层界面中进行爆破增透的模型实验,同时测试了煤-岩层界面装药爆破的超动态应变。实验结果表明:煤层装药虽然能在短期内达到增透效果,但是装药困难且裂隙维系时间短,抽采时间短;煤层底板装药虽然装药方便且能在岩层产生大量裂隙,但是对煤层的扰动较小,增透效果不理想。煤-岩层界面装药充分利用了岩石炮孔成型性好的特点,最大限度地避免了由于煤层塌孔而造成的装药困难;爆破后在煤层和岩层中裂隙发达,且在煤-岩界面层处产生的裂隙能与岩层中的网状裂隙相互贯通,形成立体网状结构,抽采范围更大;岩层中的裂隙能够弥补煤层中的裂隙维系时间短的缺点,使瓦斯纯量增大,抽采时间长。煤体的位移量和应力作用时间大于岩层,这种差异使得应力波在传播过程中在煤岩层界面处反复拉伸压缩,反复的拉伸压缩作用对于煤岩体中裂隙的发育成长有利。本文结合某煤矿深孔预裂爆破穿层增透的试验,阐述了煤-岩层界面装药在深孔预裂爆破穿层增透中的应用。应用结果表明:在经过持续近1个月的深孔预裂爆破后,钻场抽采瓦斯纯量最低达到爆破前的1.4倍,最高达到爆破前的7.1倍,而且补2钻场在持续抽采23天后依然能够达到爆破前的5.8倍。以上数据说明煤-岩层界面装药进行深孔预裂爆破增透对于瓦斯抽采效果有明显改善。此种装药方式充分利用了应力波在层状岩体中的反射和透射规律,使应力波在煤-岩层界面中产生多次的反射拉伸,界面和煤岩体中生成有利于瓦斯排放的通道。从而大大提高了爆破增透的效果,提高了煤层开采的安全,为改善和提高爆破效果提供了新的思路。
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