1、江西煤炭科技2023年第1期摘要：为解决西山煤电井下工作面瓦斯抽采浓度低、流量小的问题，采用数值模拟及现场实测等研究手段，探索液态CO2预裂爆破轴向影响距离变化规律，分析得到爆破前后煤层钻孔瓦斯抽采有效影响半径可由1.6m增大到4.0m；通过屯兰矿2 2 3 0 6工作面及2 8 1 1 5工作面进行的工业试验，结果表明：CO2预裂爆破后瓦斯抽采浓度及抽采混合流量均有不同程度的提高。关键词：工作面；瓦斯抽采；CO2预裂增透中图分类号：TD7 1 2+.6文献标识码：A文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 1 5 6-0 3Application of CO2Pr
2、e-splitting and Anti-reflection Technology in Tunlan CollieryYang Wei(Xishan Coal&Electricity(Group)Co.,Ltd.,Shanxi Coking Coal Group.,Taiyuan,Shanxi 030053)Abstract:In order to solve the problems of low concentration and small flow of gas extraction in underground working face ofXishan Coal&Electri
3、city(Group)Co.,Ltd.,the paper explores the variation law of radial and axial distance of liquid CO2pre-splitting by numerical simulation and field measurement and concludes that the effective influence radius of gas extractionincreases from 1.6 m before blasting to 4.0 m after blasting through the i
4、ndustrial tests carried out at 22306 and 28115 workingfaces of Tunlan Colliery which show that the gas extraction concentration and mixed flow increase in varying degrees after CO2pre-splitting blasting.Key words:working face;gas extraction;CO2pre-splitting and anti-reflectionCO2预裂增透技术在屯兰矿的应用杨 威（山西焦
5、煤西山煤电（集团）有限责任公司，山西太原0 3 0 0 5 3）C O2预裂爆破技术是指通过液态C O2气化，瞬间产生强大的冲击波和膨胀能，将煤体撑裂，产生大量裂隙，大幅度增强煤层透气性，以强化瓦斯抽采1-3。近年来，国内多名学者对此项技术进行了推广应用及配套设备研制，宋宜猛4、张旭5研究了液态C O2深孔预裂爆破装备，大大提升了瓦斯抽采量。根据屯兰矿采面瓦斯抽采现状，针对性设计了C O2相变致裂钻孔间距及技术参数，并进行C O2预裂爆破，以提高工作面煤层透气性和瓦斯抽采效果。1数值模拟与分析采用C O M S O L数值模拟软件模拟煤层钻孔液态C O2爆破前、后的瓦斯抽采有效影响半径。为方便
6、计算，将模型简化为二维模型，方向为钻孔径向，模型煤层厚度取6m、钻孔直径取1 3 3mm，瓦斯抽采负压取1 3k P a，瓦斯压力为0.3M P a。根据模拟结果，得出爆破前、后瓦斯抽采时间与有效影响半径关系，如图1、图2所示。分析图1可知，在固定抽采压力下，钻孔瓦斯抽采有效影响半径随时间逐渐增大，钻孔瓦斯抽采有效影响半径与瓦斯抽采时间成指数关系，随着抽采时间的增加钻孔有效影响半径增加的速度逐渐变慢，由于爆破前煤层透气性较低，抽采6 0d时钻孔抽采有效影响半径仅为1.6m。图1爆破前有效影响半径与抽采时间的关系图2爆破后有效影响半径与抽采时间的关系分析图2可知，C O2爆破后，煤层透气性增大，
7、孔裂隙增加，抽采4 0d时，钻孔抽采有效影响半1 5 6江西煤炭科技2023年第1期径约2.5m，6 0d时达到4.0m。但随着时间的增加，爆破裂隙趋于稳定闭合，导致煤层透气性会趋于稳定。爆破前后对比，煤层透气性系数增大约3.6倍，测试结果如表1所示。表1爆破前后透气性系数测试结果爆破前透气性/m2/（MPa2.d）爆破后透气性/m2/（MPa2.d）0.7 7 32.5 10.8 2 22.6 00.8 5 22.7 10.7 2 92.7 10.9 2 22.7 70.6 3 61.8 90.6 0 82.9 90.7 3 22.6 40.9 0 32.7 02现场试验与效果2.12811
8、5胶带巷本煤层钻孔CO2预裂效果分析（1）屯兰矿2 8 1 1 5工作面概况2 8 1 1 5工作面煤层厚度2.8m，倾向长度2 2 5m，走向长度4 2 3m，经测定煤层瓦斯含量6.1 2 5m3/t。工作面有4条断层、2个无炭柱，对回采有一定影响。（2）钻孔布置情况在2 8 1 1 5工作面胶带巷进行钻孔爆破试验，钻孔间距5m，未预裂孔与预裂孔交替布置，各布置5个，钻孔倾角2，与巷道中线夹角9 0，孔径1 1 3mm，钻孔开口位置距巷道底板1.3m处，钻孔布置如图3所示。图3钻孔布置（3）2 8 1 1 5胶带巷预裂钻孔抽采情况对比2 8 1 1 5工作面胶带巷本煤层预裂钻孔为1 7#、1
9、 9#、2 1#、2 3#、2 4#钻孔，未预裂钻孔有1 5#、2 2#、2 3#、2 5#、2 6#钻孔。观测结果如表2所示。（4）效果分析由表2中数据可知未预裂钻孔的单孔平均抽采量0.0 1 7m3/m i n，预裂钻孔的单孔平均抽采量0.0 3 6m3/m i n，预裂爆破后单孔平均抽采量提高了2.1倍。未预裂单孔瓦斯抽采浓度为2 5%3 5%，预裂单孔瓦斯抽采浓度为3 0%4 5%，抽采浓度也相对增大。表2钻孔预裂与未预裂情况对比本煤层钻孔钻孔参数抽采参数孔号倾角/孔深/m钻孔间距/m浓度/%平均抽采量/(m3/min）预裂钻孔1 7+1.51 0 054 00.0 2 81 9+21
10、 0 053 20.0 3 42 1+21 0 0543 8 20.0 3 12 4+21 0 054 50.0 4 8单孔平均抽采量/（m3/min）0.0 3 6抽采浓度/%3 0 4 5钻孔参数抽采参数孔号倾角/孔深/m钻孔间距/m浓度/%平均抽采量/(m3/min）未预裂钻孔1 5+1.51 0 052 60.0 1 82 2+21 0 052 70.0 1 62 6+21 0 052 10.0 1 7单孔平均抽采量/（m3/min）0.0 1 7抽采浓度/%2 5 3 52 32 5+2+21 0 01 0 0551 82 80.0 1 30.0 2 3钻孔间距为5m，2 3#、2
11、5#孔前后的2 1#、2 4#皆进行了预裂，但从抽采状况分析，2 3#抽采浓度1 8%2 2%、先降后升至稳定，2 5#抽采浓度2 9%2 8%、前后变化不大；2 1#孔抽采浓度3 2%4 2%、先升后降再缓慢上升至稳定；2 4#孔抽采浓度3 5%4 5%、先升后降再缓慢上升至稳定。从抽采状况分析，预裂与未预裂孔的瓦斯浓度变化幅度较一致，说明2 1#、2 4#孔预裂后对相邻的未进行预裂的2 3#、2 5#孔有影响，抽采的有效半径超过2.5m。通过对数值模拟分析，认为屯兰矿8#煤预裂半径按4.0m布置较为合理。其中1 7#预裂钻孔及2 3#未预裂钻孔瓦斯抽采情况如图4、图5所示。图417#预裂钻
12、孔瓦斯抽采情况1 5 7江西煤炭科技2023年第1期孔号倾角/孔深/m钻孔间距/m浓度/%平均抽采量/（m3/min）未预裂钻孔5 441 7 055 80.0 1 75 651 7 054 50.0 2 95 831 7 057 70.0 3 26 031 7 056 90.0 2 56 231 5 055 70.0 2 9单孔平均抽采量/（m3/min）0.0 2 6平均抽采浓度/%4 3 6 5钻孔参数抽采参数本煤层钻孔钻孔参数抽采参数孔号倾角/孔深/m钻孔间距/m浓度/%平均抽采量/（m3/min）预裂钻孔5 331 7 059 10.0 8 35 541 7 054 70.1 0 5
13、5 741 7 057 08 20.0 6 95 931 7 055 30.0 7 56 141 7 056 30.0 9 5单孔平均抽采量/（m3/min）0.0 8 5平均抽采浓度/%4 7 9 1表3钻孔预裂与未预裂情况对比图523#未预裂钻孔瓦斯抽采情况2.222306胶带巷本煤层钻孔CO2预裂效果分析（1）2 2 3 0 6工作面概况2 2 3 0 6工作面煤层厚度2.9m，倾斜长度为1 9 8m，走向长度17 6 8m。经测定煤层瓦斯含量9.2m3/t。工作面有断层和陷落柱，对回采有一定影响。（2）钻孔布置情况在2 2 3 0 6工作面胶带巷进行钻孔爆破试验，钻孔间距5m，未预裂孔
14、与预裂孔交替布置，各布置5个，钻孔倾角2，与巷道中线夹角9 0，孔径1 1 3mm，钻孔开口位置距巷道底板1.3m处，钻孔布置如图3所示。（3）2 8 1 1 5胶带巷预裂钻孔抽采情况对比2 2 3 0 6工作面用C O2预裂的5个钻孔为5 3#、5 5#、5 7#、5 9#、6 1#，未采用C O2预裂钻孔有5 4#、5 6#、5 8#、6 0#、6 2#钻孔。通过对该两类钻孔连续观测，抽采情况如表3所示。（4）效果分析由表中数据可知未预裂钻孔的单孔平均抽采量0.0 2 6m3/m i n，预裂钻孔的单孔平均抽采量0.0 8 5m3/m i n，可知预裂爆破后单孔平均抽采量提高了3.2倍。未
15、预裂单孔瓦斯抽采浓度为4 3%6 5%，预裂单孔瓦斯抽采浓度为4 7%9 1%，抽采浓度也相对增大。钻孔间距为5m，5 4#、5 6#孔前后的5 3#、5 7#孔皆进行了预裂，但从抽采状况分析，5 3#孔抽采浓度8 5%9 4%、5 7#孔抽采浓度6 5%7 5%；5 4#抽采浓度5 5%6 1%、5 6#抽采浓度4 4%4 6%。从抽采状况分析，瓦斯浓度变化幅度不大，说明5 3#、5 7#孔预裂后对相邻的未进行预裂的5 4#、5 6#孔有影响。抽采的有效半径超过2.5m。通过对数值模拟分析，认为屯兰矿2#煤预裂半径按3.5m布置较为合理。3结语针对爆破前后煤层瓦斯抽采钻孔增透径向距离进行研究
16、，得到爆破前后钻孔抽采有效影响半径由1.6m增大至4.0m；屯兰矿2 8 1 1 5工作面和2 2 3 0 6工作面采用CO2预裂爆破技术后，瓦斯抽采监测结果表明：2 8 1 1 5工作面胶带巷单孔平均抽采量提高了2.1倍；2 2 3 0 6工作面轨道巷预裂爆破后百米钻孔抽采量提高了3.2倍。参考文献：1 杨伟.回采面顺槽深孔预裂爆破切顶卸压技术的应用J.江西煤炭科技，2 0 2 1（3）：9 6-9 8，1 0 2.2 石亮，殷卫锋，王滨.基于CO2爆破致裂增透的瓦斯治理技术与实践J.煤炭科学技术，2 0 1 5，4 3（1 2）：7 2-7 4，9 1.3 杨世春.坚硬顶板综采面初采深孔预裂爆破技术研究J.江西煤炭科技，2 0 2 0（1）：3 1-3 5.4 宋宜猛，王启飞，王安虎，等.液态CO2预裂爆破增透技术试验研究J.中国煤炭，2 0 1 5，4 1（8）：1 1 2-1 1 5.5 张旭.CO2预裂爆破技术在塔山煤矿8 2 2 2工作面实践应用J.煤矿现代化，2 0 2 1，3 0（5）：1 6 9-1 7 1.作者简介：杨 威（1 9 8 2），男，2 0 0 6年毕业
