·1686 工程科学学报，第38卷，第12期 南部是已经回采结束的己5.6一24110工作面，北部是 ·一非爆破影响区 未开采区域.地面标高为+300~+462m,井下标高为 爆破前！ 爆破后 ·爆破影响区 -665~-705m.该区段地质构造相对简单，煤层倾 角10°~12°.煤层最大瓦斯压力1.0MPa,最大瓦斯含 -68.72% 量12.5m3·t,煤层透气性系数较低（约为0.052~ 60 0.076m2·MPa2·d),属于较难抽放煤层. 43.532 3.4.2爆破钻孔设计 45 ★444.16% 根据实验方案和现场工程地质条件，沿煤层倾向 布置顺层爆破孔，采用空气不耦合装药，炮孔直径75 42.95% 00 mm,装药直径45mm,孔深45m,封孔长度10m,孔间 681012141618 时间d 距14m,单孔装药量30kg,采用铝质聚能槽，槽厚2 图9煤层深孔聚能爆破前后钻孔平均瓦斯体积分数对比 mm.爆破孔周边布置孔深95m的瓦斯抽采钻孔联网 Fig.9 Contrast diagram of the average volume fraction of gas before 抽采煤层瓦斯，并连续跟踪测试爆破前后抽采孔瓦斯 and after cumulative blasting 含量变化，各钻孔布置见图8. 4结论 (1)聚能药卷起爆时，高压爆轰产物垂直作用于 聚能槽两翼面，在聚能槽表面形成应力集中区，冲击压 缩聚能槽使其转化为高能聚能射流，有效地提高主聚 -14m- -14m 能方向的能流密度，达到定向聚能的目的 己56-24130机巷 。-一聚能爆破孔一瓦斯抽采孔 (2)聚能爆破的聚能效应导致煤体力学性质发生 显著变化，爆轰能量定向集聚导致非聚能方向冲击波 图8平煤股份十矿己15.1624130机巷钻孔布置示意图 强度减弱，抑制煤体的粉碎作用：在测点范围内主聚能 Fig.8 Schematic diagram of boreholes in the workplace of Fis, 方向煤体单元所受压应力峰值由次聚能方向的0.85 24130 in Pingdingshan No.10 Coal Mine 倍增大到1.06倍，同时是非聚能方向的1.10~1.19 3.4.3致裂增透效果分析 倍，表明在主聚能方向聚能射流既增大煤体裂隙尖端 通过对比分析实施煤层深孔聚能爆破前后爆破影 的切向拉伸应力，又减缓煤体单元所受压应力的衰减 响区和毗邻的非爆破影响区抽采孔瓦斯含量变化值可 速度，增大裂隙扩展地速度与范围 以定量地分析煤层深孔聚能爆破的致裂增透效果，间 (3)工程应用结果表明，实施煤层深孔聚能爆破 接地反映出煤体裂隙的发育与扩展状况. 前后非爆破影响区各钻孔瓦斯体积分数值变化不大， 分别选取爆破影响区和毗邻的非爆破影响区内煤 而爆破影响区各钻孔平均瓦斯瓦斯体积分数值由爆破 层瓦斯抽采孔各12个进行对比分析，在实施聚能爆破 前的43.53%增加到爆破后68.72%，增幅高达58%， 前后连续17d(其中爆破前为3d,爆破后为14d)测量 有效地促进煤体裂隙的发育与扩展，提高煤层瓦斯抽 所选抽采孔的瓦斯含量值.为尽量减小各种偶然因素 采率，增透效果显著。 对抽采孔内瓦斯含量的影响，把所得数据进行平均处 理.图9是实施聚能爆破前后钻孔平均瓦斯含量对比 参考文献 结果 由图9可知，实施聚能爆破前爆破影响区和非爆 [Cho S H,Kaneko K.Influence of the applied pressure waveform on the dynamic fracture processes in rock.Int J Rock Mech Min 破影响区内煤层各抽采孔平均瓦斯含量值分别为 Sci,2004,41(5):771 43.53%和42.95%，相差不大，表明爆破前所选区域 Gong M,Liu W B.Wang D S,et al.Controlled blasting tech- 煤体裂隙发育程度基本一致.深孔聚能爆破后爆破影 nique to improve gas pre-drainage effect in a coal mine.J Unie Sci 响区抽采孔平均瓦斯体积分数值有明显、稳定的增加， Technol Beijing,2006,28(3):223 为68.72%，是爆破前的1.58倍：而非爆破影响区抽采 (龚敏，刘万波，王德胜，等.提高煤矿瓦斯抽放效果的控制 孔平均瓦斯体积分数为44.16%，与深孔聚能爆破前 爆破技术.北京科技大学学报，2006,28(3)：223) B Liu J,Liu Z G.Shi B M.Study on the roadway excavation rapidly 相比无明显差异，表明聚能爆破能够有效地促进煤体 in the low permeability outburst coal seam.I China Coal Soc, 裂隙的发育和扩展，为瓦斯提供运移通道，增加煤层透 2007,32(8):827 气性系数，减小瓦斯抽采阻力，提高煤层瓦斯抽采率. (刘健，刘泽功，石必明，等.低透气性突出煤层巷道快速掘工程科学学报，第 38 卷，第 12 期 南部是已经回采结束的己15，16 --24110 工作面，北部是 未开采区域． 地面标高为 + 300 ～ + 462 m，井下标高为 － 665 ～ － 705 m． 该区段地质构造相对简单，煤层倾 角 10° ～ 12°． 煤层最大瓦斯压力 1. 0 MPa，最大瓦斯含 量 12. 5 m3 ·t － 1 ，煤层透气性系数较低( 约为 0. 052 ～ 0. 076 m2 ·MPa － 2 ·d － 1 ) ，属于较难抽放煤层． 3. 4. 2 爆破钻孔设计 根据实验方案和现场工程地质条件，沿煤层倾向 布置顺层爆破孔，采用空气不耦合装药，炮孔直径 75 mm，装药直径 45 mm，孔深 45 m，封孔长度 10 m，孔间 距 14 m，单孔装药量 30 kg，采用铝质聚能槽，槽厚 2 mm． 爆破孔周边布置孔深 95 m 的瓦斯抽采钻孔联网 抽采煤层瓦斯，并连续跟踪测试爆破前后抽采孔瓦斯 含量变化，各钻孔布置见图 8． 图 8 平煤股份十矿己15，16--24130 机巷钻孔布置示意图 Fig． 8 Schematic diagram of boreholes in the workplace of F15，16-- 24130 in Pingdingshan No． 10 Coal Mine 3. 4. 3 致裂增透效果分析 通过对比分析实施煤层深孔聚能爆破前后爆破影 响区和毗邻的非爆破影响区抽采孔瓦斯含量变化值可 以定量地分析煤层深孔聚能爆破的致裂增透效果，间 接地反映出煤体裂隙的发育与扩展状况． 分别选取爆破影响区和毗邻的非爆破影响区内煤 层瓦斯抽采孔各 12 个进行对比分析，在实施聚能爆破 前后连续 17 d ( 其中爆破前为 3 d，爆破后为 14 d) 测量 所选抽采孔的瓦斯含量值． 为尽量减小各种偶然因素 对抽采孔内瓦斯含量的影响，把所得数据进行平均处 理． 图 9 是实施聚能爆破前后钻孔平均瓦斯含量对比 结果． 由图 9 可知，实施聚能爆破前爆破影响区和非爆 破影响区内煤层各抽采孔平均瓦斯含量值分别为 43. 53% 和 42. 95% ，相差不大，表明爆破前所选区域 煤体裂隙发育程度基本一致． 深孔聚能爆破后爆破影 响区抽采孔平均瓦斯体积分数值有明显、稳定的增加， 为 68. 72% ，是爆破前的 1. 58 倍; 而非爆破影响区抽采 孔平均瓦斯体积分数为 44. 16 % ，与深孔聚能爆破前 相比无明显差异，表明聚能爆破能够有效地促进煤体 裂隙的发育和扩展，为瓦斯提供运移通道，增加煤层透 气性系数，减小瓦斯抽采阻力，提高煤层瓦斯抽采率． 图 9 煤层深孔聚能爆破前后钻孔平均瓦斯体积分数对比 Fig． 9 Contrast diagram of the average volume fraction of gas before and after cumulative blasting 4 结论 ( 1) 聚能药卷起爆时，高压爆轰产物垂直作用于 聚能槽两翼面，在聚能槽表面形成应力集中区，冲击压 缩聚能槽使其转化为高能聚能射流，有效地提高主聚 能方向的能流密度，达到定向聚能的目的． ( 2) 聚能爆破的聚能效应导致煤体力学性质发生 显著变化，爆轰能量定向集聚导致非聚能方向冲击波 强度减弱，抑制煤体的粉碎作用; 在测点范围内主聚能 方向煤体单元所受压应力峰值由次聚能方向的 0. 85 倍增大到 1. 06 倍，同时是非聚能方向的 1. 10 ～ 1. 19 倍，表明在主聚能方向聚能射流既增大煤体裂隙尖端 的切向拉伸应力，又减缓煤体单元所受压应力的衰减 速度，增大裂隙扩展地速度与范围． ( 3) 工程应用结果表明，实施煤层深孔聚能爆破 前后非爆破影响区各钻孔瓦斯体积分数值变化不大， 而爆破影响区各钻孔平均瓦斯瓦斯体积分数值由爆破 前的 43. 53% 增加到爆破后 68. 72% ，增幅高达 58% ， 有效地促进煤体裂隙的发育与扩展，提高煤层瓦斯抽 采率，增透效果显著． 参 考 文 献 ［1］ Cho S H，Kaneko K． Influence of the applied pressure waveform on the dynamic fracture processes in rock． Int J Ｒock Mech Min Sci，2004，41( 5) : 771 ［2］ Gong M，Liu W B，Wang D S，et al． Controlled blasting tech￾nique to improve gas pre-drainage effect in a coal mine． J Univ Sci Technol Beijing，2006，28( 3) : 223 ( 龚敏，刘万波，王德胜，等． 提高煤矿瓦斯抽放效果的控制 爆破技术． 北京科技大学学报，2006，28( 3) : 223) ［3］ Liu J，Liu Z G，Shi B M． Study on the roadway excavation rapidly in the low permeability outburst coal seam． J China Coal Soc， 2007，32( 8) : 827 ( 刘健，刘泽功，石必明，等． 低透气性突出煤层巷道快速掘 ·1686·