郭德勇等：双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理 ·1619 (a) (b) 4(c 图10煤层深孔聚能爆破相邻两孔同时起爆过程中应力波对两爆破孔左侧和右侧的裂隙扩展影彩响.(a)=3085us:(b)仁43555：(c)=5630s Fig.10 Effect of the stress wave on crack propagation on the left and right side of two blastholes during the simultaneous detonation of two blastholes: (a)=3085μs,(b)=4355s;(c)=5630μs 32试验钻孔设计 制了聚能爆破前后各个考察孔内瓦斯体积分数及 根据试验区瓦斯地质条件，设计了如图11所 纯流量变化特征图（见图12）.其中，D,表征D1和 示的试验钻孔布置方案，分别考察单孔爆破和双 D2的合体，D1和D2两个考察孔在同一时刻瓦斯 孔齐爆条件下的煤层致裂增透效果.其中，双孔齐 体积分数（瓦斯纯流量）的平均值为'(F)(1,2, 爆的爆破孔间隔分为5和9m2种.试验过程中先 3.4). 施工考察孔，并将各个考察孔连接到矿井瓦斯抽 由图12可知，爆破后煤层瓦斯抽采效果得到 采系统，待考察孔内瓦斯体积分数稳定后连续监 明显的提高，爆破后各个考察孔内瓦斯体积分数、 测记录爆破前煤层瓦斯抽采效果，一周后开始施 纯流量较爆破前增幅明显，且距离爆破孔越近，增 工爆破孔，爆破后继续监测记录各个考察孔内瓦 幅越大.但是，受起爆方式的影响，爆破后煤层瓦 斯体积分数及纯流量的变化 斯抽采效果存在一定的差异：在双孔齐爆条件下， (a) D41D1D21D1D2D2 DD. 爆破后各个考察孔内平均瓦斯体系分数及纯流量 增幅均大于单孔爆破，随着远离爆破孔，双孔爆破 和单孔爆破对应的各个考察孔内平均瓦斯体积分 数及纯流量增幅的差值（净增长量）均呈先增大、 Blasthole O Test hole 后减小的趋势.相比于距离爆破孔更近的D1考察 孔，D2、D3考察孔受距离较近爆破孔的影响相对 (b)Da D3 D21D1 DD, 较小，裂隙发育程度相对较低，当距离较远爆破孔 的爆炸应力波传播至此处时，应力波叠加效应对 裂隙扩展的促进作用更明显. 综上可知，双孔爆破能够有效地促进两爆破 ●Blasthole O Test hole 孔外侧煤层裂隙的发育扩展，提高爆破增透效果 (c) 随着远离爆破孔，双孔爆破叠加效应对裂隙扩展 的促进作用呈先增加后减小的趋势 为研究双孔爆破应力叠加效应对两孔之间煤 1.5151.1.31.1.1.51.5151.1 层裂隙扩展的影响，开展了如图I1(c)所示的煤层 ●Blasthole o Test hole 深孔聚能爆破双孔同时起爆试验，分析了试验期 困11煤层深孔聚能爆破试验钻孔布置示意图（单位：m).(a)单孔爆 间各个考察孔内瓦斯抽采参数的变化特征，绘制 破：(b)双孔间隔5m齐爆：(c)双孔间隔9m齐爆 了如图13所示的爆破孔两侧相同距离的D,和 Fig.11 Trial borehole layout of deep-hole cumulative blasting (unit:m): (a)single-hole blasting,(b)simultaneous explosion of two blastholes at D,、D2和D6考察孔内瓦斯体积分数及纯流量的 5-m intervals;(c)simultaneous explosion of two blastholes at 9-m 对比图 intervals 由图13可知，针对D1和D,考察孔，聚能爆破 33试验效果分析 前后瓦斯体积分数及纯流量变化规律均基本一 根据试验期间各个考察孔内瓦斯体积分数及 致，聚能爆破后D1和D,考察孔内平均瓦斯体积 纯流量监测结果，对比分析了单孔起爆和间隔为5m 分数增幅分别为163.9%和163.5%，平均瓦斯纯流 的双孔同时起爆对煤层瓦斯抽采效果的影响，绘 量增幅分别为177.1%和177.9%.针对D2和D6考3.2    试验钻孔设计 根据试验区瓦斯地质条件，设计了如图 11 所 示的试验钻孔布置方案，分别考察单孔爆破和双 孔齐爆条件下的煤层致裂增透效果. 其中，双孔齐 爆的爆破孔间隔分为 5 和 9 m 2 种. 试验过程中先 施工考察孔，并将各个考察孔连接到矿井瓦斯抽 采系统，待考察孔内瓦斯体积分数稳定后连续监 测记录爆破前煤层瓦斯抽采效果，一周后开始施 工爆破孔，爆破后继续监测记录各个考察孔内瓦 斯体积分数及纯流量的变化. (a) Blasthole Test hole D11 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 Coal seam D41 D31 D21 D12 D22 D32 D42 Blasthole Test hole (b) Coal seam D5 D6 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 D41 D31 D21 D11 D12 D22 D32 D42 D21 D11 D71 D61 D5 D62 D72 D12 D22 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 Blasthole Test hole Coal seam (c) 图 11    煤层深孔聚能爆破试验钻孔布置示意图（单位：m）. （a）单孔爆 破；（b）双孔间隔 5 m 齐爆；（c）双孔间隔 9 m 齐爆 Fig.11    Trial borehole layout of deep-hole cumulative blasting (unit: m): (a) single-hole blasting; (b) simultaneous explosion of two blastholes at 5-m  intervals;  (c)  simultaneous  explosion  of  two  blastholes  at  9-m intervals 3.3    试验效果分析 根据试验期间各个考察孔内瓦斯体积分数及 纯流量监测结果，对比分析了单孔起爆和间隔为 5 m 的双孔同时起爆对煤层瓦斯抽采效果的影响，绘 制了聚能爆破前后各个考察孔内瓦斯体积分数及 纯流量变化特征图（见图 12）. 其中，Di 表征 Di1 和 Di2 的合体，Di1 和 Di2 两个考察孔在同一时刻瓦斯 体积分数（瓦斯纯流量）的平均值为 Vi（Fi）（i=1, 2, 3, 4）. 由图 12 可知，爆破后煤层瓦斯抽采效果得到 明显的提高，爆破后各个考察孔内瓦斯体积分数、 纯流量较爆破前增幅明显，且距离爆破孔越近，增 幅越大. 但是，受起爆方式的影响，爆破后煤层瓦 斯抽采效果存在一定的差异：在双孔齐爆条件下， 爆破后各个考察孔内平均瓦斯体系分数及纯流量 增幅均大于单孔爆破，随着远离爆破孔，双孔爆破 和单孔爆破对应的各个考察孔内平均瓦斯体积分 数及纯流量增幅的差值（净增长量）均呈先增大、 后减小的趋势. 相比于距离爆破孔更近的 D1 考察 孔，D2、D3 考察孔受距离较近爆破孔的影响相对 较小，裂隙发育程度相对较低，当距离较远爆破孔 的爆炸应力波传播至此处时，应力波叠加效应对 裂隙扩展的促进作用更明显. 综上可知，双孔爆破能够有效地促进两爆破 孔外侧煤层裂隙的发育扩展，提高爆破增透效果. 随着远离爆破孔，双孔爆破叠加效应对裂隙扩展 的促进作用呈先增加后减小的趋势. 为研究双孔爆破应力叠加效应对两孔之间煤 层裂隙扩展的影响，开展了如图 11（c）所示的煤层 深孔聚能爆破双孔同时起爆试验，分析了试验期 间各个考察孔内瓦斯抽采参数的变化特征，绘制 了如图 13 所示的爆破孔两侧相同距离的 D1 和 D7、D2 和 D6 考察孔内瓦斯体积分数及纯流量的 对比图. 由图 13 可知，针对 D1 和 D7 考察孔，聚能爆破 前后瓦斯体积分数及纯流量变化规律均基本一 致，聚能爆破后 D1 和 D7 考察孔内平均瓦斯体积 分数增幅分别为 163.9% 和 163.5%，平均瓦斯纯流 量增幅分别为 177.1% 和 177.9%. 针对 D2 和 D6 考 (a) (b) (c) 图 10    煤层深孔聚能爆破相邻两孔同时起爆过程中应力波对两爆破孔左侧和右侧的裂隙扩展影响. （a）t=3085 μs；（b）t=4355 μs；（c）t=5630 μs Fig.10    Effect of the stress wave on crack propagation on the left and right side of two blastholes during the simultaneous detonation of two blastholes: (a) t=3085 μs; (b) t=4355 μs; (c) t=5630 μs 郭德勇等： 双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理 · 1619 ·