深部挖采低渗透煤层裂纹控制爆破增透体制研究

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1、深部挖采低渗透煤层裂纹控制爆破增透体制研究第一章绪论1.1选题背景及研究意义煤矿采掘活动过程中释放的有害气体统称为矿井瓦斯，它的主要成分是CH4，在风化带以下占总气体量的80%以上。同时，其渗透能力高于空气，难溶于水，不能维持生物呼吸，当瓦斯积聚达浓度超过40%时，能使人缺氧窒息。瓦斯含量高的煤层采掘期间，由于瓦斯积聚很容易发生瓦斯爆炸事故，在高地应力及高瓦斯煤层进行采掘活动过程中更容易发生煤与瓦斯突出及冲击地压事故。相关统计资料表明[18,39]，我国在2001年~2010年的10年内就发生了2246起煤矿瓦斯事故，累计

2、造成了13155人遇难，例如：在瓦斯事故的高峰年，2005年全国煤矿企业共发生伤亡事故3341起，死亡5986人，其中瓦斯事故405起，死亡2157人，按各事故死亡人数百分比来看，瓦斯事故占36.03%，顶板事故占34.16%，水害事故占10.19%，提升运输事故占9.73%，机电事故占1.77%，火灾事故占0.83%，其它事故占5.51%；2006年全国煤矿事故死亡4746人，瓦斯事故占327起，死亡1319人，其中发生一次死亡10人以上特大瓦斯事故26起，死亡490人，瓦斯事故占27.79%。统计数据还表明[18,39

3、]，在瓦斯事故中，煤与瓦斯突出是发生最多的较大事故，同时造成人员遇难也最多，仅6起特大瓦突出事故就造成222人死亡，超过了89起一般事故造成的死亡人数；瓦斯爆炸事故中较大事故起数和死亡人数均是最多，占事故起数的60.94%和死亡人数的37.71%，但占20.55%的重特大事故死亡人数占61.99%，特别是4.48%的特大瓦斯爆炸事故死亡人数占32.26%，平均事故死亡64人每起，例如：在2004年末至2005年初的短短118天内，我国相继发生了11.20、11.28、2.14三起重特大煤矿瓦斯煤尘爆炸事故，累计520多人在

4、事故中遇难，造成了重大财产损失和人员伤亡，可见瓦斯事故的频发，尤其是煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故的发生，严重的影响了矿井的安全生产，对人们的身心健康和社会影响造成了极大的负面影响，因此，如何控制采掘活动过程中煤层瓦斯带来的灾害问题是制约煤矿安全生产的关键问题。1.1.2我国煤炭开采现状及开采深度的进展情况作为世界第一产煤大国，中国的煤炭产量占世界的37%[86]，煤炭作为我国的主要能源，分别占一次能源生产和消费总量的76%和69%，据第二次全国煤田预测结果，我国煤炭资源总量5.57万亿吨，其中埋深小于600m的预测煤炭资源量

5、，占全国煤炭预测资源总量的26.8%，埋深在600~1000m的约占20%，埋深超过1000m的约占53.2%，煤炭工业是我国国民经济的基础产业，在国民经济中具有重要的战略地位，国家《能源中长期发展规划纲要（2004-2020年）》确定，中国将坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战略。中国工程院《国家能源发展战略2030-2050》预测我国煤炭年需求高达38亿吨，在能源结构中比例仍占50%。从以上数据可以看出，煤炭作为我国的主要能源主休，在未来一段时间内是不会发生大的变化。我国煤矿煤层赋存条件差，地质构

6、造复杂，煤层瓦斯含量较高且多以吸附状态存在，这使得我国高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井占大部分，相应的瓦斯灾害也比较严重，那么针对这种情况，在开采前必须降低煤层的瓦斯含量，符合国家关于煤层瓦斯抽采的十六字方针即抽采要达标，但我国大部分为低透气性煤层[10,86]，其中，渗透率小于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。即使晋城等煤气田区域也仅为1.0~18mD，比国外相同埋深煤层还低2~3个数量级[86]。这一特点也自然决定了我国煤矿采用传统预抽瓦斯方法开展瓦斯安

7、全治理难度很大。第二章煤体深孔预裂控制爆破理论分析2.1煤体深孔预裂控制爆破增透工艺的提出我国的煤层一般多为薄及中厚煤层，除淮南、阜新、及山西等矿区煤层较厚外，一般煤层厚度小于5m，厚度为2～3m的煤层居多，在薄及中厚煤层进行深孔预裂控制爆破过程中如果不对爆破能量进行控制，很可能会使炸药对煤层顶板造成过度破坏，影响采掘时顶板支护质量，给生产带来安全隐患，增加生产成本，如果减小炸药量，降低爆破能量，能保护顶板，但起不到对煤体充分预裂的作用。在煤体进行预裂爆破的目的是降低煤体应力、增加煤体透气性，提高煤层瓦斯抽采率，这与普通预

8、裂爆破的目的是不同的。煤体预裂控制爆破的目的是提高煤层的透气性，提高瓦斯排放及抽放效率，进而达到防治冲击地压及煤与瓦斯突出的目的。预裂表现在煤体上的直观效果，就是要增加煤体的裂隙长度和范围，它不仅要求在相邻孔间连线方向形成贯通裂缝，而且要求其它方向尽可能多的产生裂隙，在煤体内形成以炮孔为中心相互连通的裂