[发明专利]一种精确延时预裂爆破强化抽采煤层瓦斯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于工作面顺层钻孔和穿层钻孔的精准延时预裂爆破强化抽采煤层瓦斯的方法，属于一种强化抽采煤层瓦斯的方法。

背景技术

预抽煤层瓦斯是矿井瓦斯动力灾害防治、开发煤层气和矿区甲烷温室气体减排的有效方法之一，它的基本思路是在采煤之前预先抽采瓦斯，这样既能将瓦斯作为能源进行开采与利用，又保证了采煤的安全性。在国外的一些高透气性煤层的矿井中，该技术取得了较好的应用效果。然而，我国大部分为低透气性煤层(其中渗透率低于0.1mD的占35％，0.1-1.0mD的约占37％，大于1.0mD的占28％，大于10mD的煤层较少)，使得煤层瓦斯抽采率较低，严重地影响了预抽煤层瓦斯技术的实施效果。为此，国内外学者试验了包括力学、物理与化学方法等多种煤层增透技术，促进了煤层瓦斯的强化抽采。其中，预裂爆破技术近年来得到了广泛的应用，并已成为低透气性煤层增透及强化抽采瓦斯技术的重要发展方向。

然而，从预裂爆破产生的能量来源来看，爆破冲击波、应力波的能量约占总能量的10-15％，地震波能量约占20％，绝大部分极不容易被利用的能量消耗于介质的塑性流动、过度粉碎及热损失。现有的预裂爆破技术仅考虑爆破产生的冲击波、应力波和爆生气体对炮孔较近区域(大约150倍炮孔半径范围)的煤层裂隙的产生、扩展与贯通作用，且对于占爆破总能量20％的地震波未能被充分利用，使得预裂爆破煤层增透的影响范围和影响程度较小，限制了预裂爆破煤层增透技术的发展和应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种精确延时预裂爆破强化抽采煤层瓦斯的方法，本方法充分利用爆破地震波的能量，以增大预裂爆破的影响范围和影响程度，从而使煤层裂隙的扩展范围和扩展程度增大，提高预裂爆破增透强化抽采煤层瓦斯效果的方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种精确延时预裂爆破强化抽采煤层瓦斯的方法，利用精准延时预裂爆破技术，合理安排炮孔起爆的顺序，调节电子雷管的合理延时间隔，使爆破地震波的主振频率与煤层的固有频率相近或相同，从而造成离炮孔较远的煤体与炮孔附近的煤体一起产生共振；由于炮孔周围煤体的共振作用，使得离炮孔较远的煤体与炮孔近处煤体介质受到交替变化的拉应力、剪切力和压应力作用，引起煤基质中的孔隙和裂隙产生时大时小的变化，使得离炮孔较远的煤体中产生新的裂缝网、炮孔近处煤体的裂隙发育程度得到进一步提高，增大炮孔周围煤体的裂隙扩展范围和扩展程度，从而扩大预裂爆破增透的影响范围和影响程度，造成煤层透气性增加的范围和幅度都得到进一步提高；同时，爆破地震波引起的煤层共振作用使煤体更加破碎，可以增大炮孔周围煤体的应力卸压程度，进一步提高煤层瓦斯的解吸速率。该方法具体包括如下步骤：

(1)根据煤矿实际情况，按照规章制度设计布置采煤工作面及生产系统，生产系统包括矿井瓦斯抽采系统；

(2)采集待增透煤层的样品，对待增透煤层的物理属性进行测定，物理属性包括渗透率、孔隙率、坚固性系数和固有振动频率；

(3)根据待增透煤层的物理属性和井下环境条件选择爆破参数，爆破参数的设计需使得不同爆破点产生的地震子波叠加后的主振频率与待增透煤层的固有振动频率差在设定阈值范围内；

(4)根据采煤工作面的开采技术条件，采用数值模拟的方法，获得不同爆破参数条件下精确延时预裂爆破后煤层瓦斯的渗流规律，确定采煤工作面的顺层瓦斯抽采钻孔的终孔间距、穿层瓦斯抽采钻孔的终孔间距和爆破孔间距；

(5)沿采煤工作面的回风顺槽方向向煤层施工若干顺层钻孔，顺层钻孔平行于采煤工作面且垂直于回风顺槽方向；将顺层钻孔分为顺层爆破孔和顺层瓦斯抽采孔两类，沿采煤工作面的回风顺槽方向，相邻两个顺层爆破孔之间存在n个顺层瓦斯抽采孔，n为1、2、3、4或5；

(6)沿工作面底板岩石巷道方向向煤层施工若干穿层钻孔，穿层钻孔垂直于采煤工作面和工作面底板岩石巷道方向；将穿层钻孔分为穿层爆破孔和穿层瓦斯抽采孔两类，沿工作面底板岩石巷道方向，相邻两个穿层爆破孔之间存在m个穿层瓦斯抽采孔，m为1、2、3、4或5；

(7)按照步骤(3)选择的爆破参数，在顺层爆破孔和穿层爆破孔内布置电子延时雷管、导爆索和炸药，引爆爆破点进行精确延时预裂爆破；

(8)精确延时预裂爆破完成后，连接顺层瓦斯抽采孔和穿层瓦斯抽采孔与矿井瓦斯抽采系统，通过矿井瓦斯抽采系统的负压对顺层瓦斯抽采孔和穿层瓦斯抽采孔进行抽采。

具体的，所述爆破参数包括炸药类型、炸药量、炮孔直径、炮孔间距、电子雷管延时间隔和电子雷管起爆顺序。