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摘 要：CO2预裂煤层增透技术是提高低渗煤层瓦斯抽采率的新工艺和新技术。低渗煤层预裂后，使煤层地应力重新分布，可以消除局部高应力状态，起到消突效果；煤层产生大量裂隙，提高渗透率，大幅度提高瓦斯抽采效率，对保障高瓦斯低渗透工作面安全快速掘进和回采具有重要的应用和推广价值。
一、项目提出的背景
高河矿井现在所开采的煤层是3#煤层，埋深约450m左右，埋藏较深，高河矿井属于高瓦斯矿井，煤层瓦斯含量≥14m3/t，瓦斯压力≥1.0MP，3#煤层属于低渗透性煤层，裂隙发育但处于闭合状态，使用普通钻孔较难抽采煤层瓦斯，瓦斯抽采效率低，瓦斯问题严重影响了我矿的掘进及回采速率。
预裂杆技术参数
长度：2000mm
直径：54mm
CO2质量：1.3～1.4Kg/根
二、项目的具体内容
2012年3月26日至5月2日，CO2预裂煤层增透技术首先在潞安高河能源E1305工作面进行工业性试验，监测数据至5月20日。根据工作面抽采背景条件，共进行了三种试验方案：抽采工作面，掘进工作面，未抽采原始工作面。
在抽采工作面在抽采面预抽孔的中间布置一个预裂孔，掘进工作面在掘进钻场施工的第一个预裂孔进行预裂，在未抽采原始工作面每10m布置一个预裂孔，预裂孔深度100m，每个孔封孔20m。
预裂原理：高压管以专用的高压泵预先注入液态二氧化碳， 工作面钻取爆破孔后， 逐一插入预裂杆， 并连接预裂杆与低压起爆器间的接线。高压管一端的起爆头接通引爆电流后， 活化器内的低压保险丝引发快速反应， 使管内的二氧化碳迅速从液态转化为气态， 在40 ms 内， 体积瞬即膨胀达数百倍， 管内压力急剧增大。待达到预设压力时， 释放头内的爆裂盘被打开， 二氧化碳气体透过径向孔， 迅速向外爆发， 利用瞬间产生的强大推力， 二氧化碳气沿自然或被引发的裂面松开物料， 并把它推离主体， 从而达到爆破效果， 全过程于1 s 内完成。
1.辅运巷和瓦排巷抽采工作面预裂抽采
E1305辅助运输巷道980m，已打预抽孔403个，钻孔总长度为48977m。瓦排巷390m，已打预抽孔157个，钻孔总长度31371m。
CO2预裂孔完成55个（辅运36个，成功22个，失败14个；瓦排19个，其中成功6个，失败13个），成功29个，成功率53%；封孔失败导致漏气、穿孔26个，失败率47%。预裂孔深70m，预裂器15-20个，封孔深度10.5m。
2.E1305瓦排巷道实煤体预裂抽采
E1305瓦排巷实体煤段120m，没有预抽钻孔的影响。预裂孔深80m，间距20m，共计7个预裂孔，1个穿孔，成功率85.7%。单孔置预裂器15-20个，封孔深度17.5m。
3.在掘进迎头进行预裂抽采
地点：E1305胶带运输巷道迎头和E1305回风迎头。预裂孔深100m，分别置放15个、13个预裂器，封孔深度17.5m，封孔成功。
4.检测
对所有的预裂孔进行封孔，封孔完成后每个孔装一个孔板流量计，每天检测所有试验孔的数据，收集整理分析。
三、适用场所及范围
所有低渗透性煤层且可以施工瓦斯抽采孔的区域。
四、实际应用及效果评价
1.E1305辅运巷道和E1305瓦排巷道
辅运巷道：预裂前平均抽采浓度10.16%，纯瓦斯流量3.8 m3/min，3月26日预裂后至5月16日，平均抽采浓度15.3%，抽采纯流量6.22m3/min。预裂后瓦斯浓度提高了50.59%，瓦斯纯流量增加了61.85m3/min。
瓦排巷道：预裂前平均抽采浓度6.37%，纯瓦斯流量1.6m3/min，3月26日预裂后至5月16日，平均抽采浓度11.8%，抽采纯流量2.68m3/min。预裂后瓦斯浓度提高了85.3%，瓦斯纯流量增加了72.6 m3/min。
2.在掘进迎头进行预裂
胶带巷迎头：2012年4月9日在E1305膠带运输巷掘进迎头预裂1孔，对迎头左、右两个钻场及迎头预抽孔（分2组）进行4组分别监测。左右抽采钻场监测数据分析下：
E1305胶带迎头预裂之后15#左钻场抽采参数一直较稳定，截止2012年5月10累计抽放量36938m3。15#右钻场截止2012年5月10累计抽放量1350m3。左钻场是钻场的27.36倍。
E1305回风迎头：2012年5月3日在E1305回风掘进迎头预裂1孔（已有12个瓦斯预抽孔），截止5月20日预裂孔单孔抽采参数监测结果为：预裂孔的平均浓度为64%，平均混合流量为0.43m3/min，平均纯流量为0.28m3/min，平均日抽采量为392.82m3/d，属于有效孔。
3.E1305瓦排巷实煤体预裂单孔抽采参数
共施工8个钻孔（其中1个钻孔堵塞无法预裂），其余7个钻孔采用新的预裂封孔和抽采封孔技术，预裂成功，平均浓度52.38%，平均抽采纯瓦斯流量为0.315 m3/min，平均单孔日抽采量为471m3/d，7孔日抽采量为3303 m3/d，万米抽采量33.7m3/min。与预裂前辅运万米瓦斯抽采量0.73 m3/min比较，抽采量提高了45倍。
五、应用前景
随着采掘深度的增加及煤矿地质构造越来越复杂，CO2预裂增透技术可以有效的防治煤与瓦斯突出，解决回采及掘进过程中的瓦斯问题，提高回采及掘进速率，是配合钻孔进行瓦斯抽采行之有效的办法之一。
一、项目提出的背景
高河矿井现在所开采的煤层是3#煤层，埋深约450m左右，埋藏较深，高河矿井属于高瓦斯矿井，煤层瓦斯含量≥14m3/t，瓦斯压力≥1.0MP，3#煤层属于低渗透性煤层，裂隙发育但处于闭合状态，使用普通钻孔较难抽采煤层瓦斯，瓦斯抽采效率低，瓦斯问题严重影响了我矿的掘进及回采速率。
预裂杆技术参数
长度：2000mm
直径：54mm
CO2质量：1.3～1.4Kg/根
二、项目的具体内容
2012年3月26日至5月2日，CO2预裂煤层增透技术首先在潞安高河能源E1305工作面进行工业性试验，监测数据至5月20日。根据工作面抽采背景条件，共进行了三种试验方案：抽采工作面，掘进工作面，未抽采原始工作面。
在抽采工作面在抽采面预抽孔的中间布置一个预裂孔，掘进工作面在掘进钻场施工的第一个预裂孔进行预裂，在未抽采原始工作面每10m布置一个预裂孔，预裂孔深度100m，每个孔封孔20m。
预裂原理：高压管以专用的高压泵预先注入液态二氧化碳， 工作面钻取爆破孔后， 逐一插入预裂杆， 并连接预裂杆与低压起爆器间的接线。高压管一端的起爆头接通引爆电流后， 活化器内的低压保险丝引发快速反应， 使管内的二氧化碳迅速从液态转化为气态， 在40 ms 内， 体积瞬即膨胀达数百倍， 管内压力急剧增大。待达到预设压力时， 释放头内的爆裂盘被打开， 二氧化碳气体透过径向孔， 迅速向外爆发， 利用瞬间产生的强大推力， 二氧化碳气沿自然或被引发的裂面松开物料， 并把它推离主体， 从而达到爆破效果， 全过程于1 s 内完成。
1.辅运巷和瓦排巷抽采工作面预裂抽采
E1305辅助运输巷道980m，已打预抽孔403个，钻孔总长度为48977m。瓦排巷390m，已打预抽孔157个，钻孔总长度31371m。
CO2预裂孔完成55个（辅运36个，成功22个，失败14个；瓦排19个，其中成功6个，失败13个），成功29个，成功率53%；封孔失败导致漏气、穿孔26个，失败率47%。预裂孔深70m，预裂器15-20个，封孔深度10.5m。
2.E1305瓦排巷道实煤体预裂抽采
E1305瓦排巷实体煤段120m，没有预抽钻孔的影响。预裂孔深80m，间距20m，共计7个预裂孔，1个穿孔，成功率85.7%。单孔置预裂器15-20个，封孔深度17.5m。
3.在掘进迎头进行预裂抽采
地点：E1305胶带运输巷道迎头和E1305回风迎头。预裂孔深100m，分别置放15个、13个预裂器，封孔深度17.5m，封孔成功。
4.检测
对所有的预裂孔进行封孔，封孔完成后每个孔装一个孔板流量计，每天检测所有试验孔的数据，收集整理分析。
三、适用场所及范围
所有低渗透性煤层且可以施工瓦斯抽采孔的区域。
四、实际应用及效果评价
1.E1305辅运巷道和E1305瓦排巷道
辅运巷道：预裂前平均抽采浓度10.16%，纯瓦斯流量3.8 m3/min，3月26日预裂后至5月16日，平均抽采浓度15.3%，抽采纯流量6.22m3/min。预裂后瓦斯浓度提高了50.59%，瓦斯纯流量增加了61.85m3/min。
瓦排巷道：预裂前平均抽采浓度6.37%，纯瓦斯流量1.6m3/min，3月26日预裂后至5月16日，平均抽采浓度11.8%，抽采纯流量2.68m3/min。预裂后瓦斯浓度提高了85.3%，瓦斯纯流量增加了72.6 m3/min。
2.在掘进迎头进行预裂
胶带巷迎头：2012年4月9日在E1305膠带运输巷掘进迎头预裂1孔，对迎头左、右两个钻场及迎头预抽孔（分2组）进行4组分别监测。左右抽采钻场监测数据分析下：
E1305胶带迎头预裂之后15#左钻场抽采参数一直较稳定，截止2012年5月10累计抽放量36938m3。15#右钻场截止2012年5月10累计抽放量1350m3。左钻场是钻场的27.36倍。
E1305回风迎头：2012年5月3日在E1305回风掘进迎头预裂1孔（已有12个瓦斯预抽孔），截止5月20日预裂孔单孔抽采参数监测结果为：预裂孔的平均浓度为64%，平均混合流量为0.43m3/min，平均纯流量为0.28m3/min，平均日抽采量为392.82m3/d，属于有效孔。
3.E1305瓦排巷实煤体预裂单孔抽采参数
共施工8个钻孔（其中1个钻孔堵塞无法预裂），其余7个钻孔采用新的预裂封孔和抽采封孔技术，预裂成功，平均浓度52.38%，平均抽采纯瓦斯流量为0.315 m3/min，平均单孔日抽采量为471m3/d，7孔日抽采量为3303 m3/d，万米抽采量33.7m3/min。与预裂前辅运万米瓦斯抽采量0.73 m3/min比较，抽采量提高了45倍。
五、应用前景
随着采掘深度的增加及煤矿地质构造越来越复杂，CO2预裂增透技术可以有效的防治煤与瓦斯突出，解决回采及掘进过程中的瓦斯问题，提高回采及掘进速率，是配合钻孔进行瓦斯抽采行之有效的办法之一。