高压空气爆破煤层增透关键技术与装备研发

发布时间：2020-05-10 20:41

【摘要】：针对我国低透气性煤层难以增透的现状,研究了高压空气爆破致裂煤层的增透机理,研发了煤层高压空气爆破的增透装备,实现了远程爆破控制及其监控,成功进行了多次室外露天试爆,从而形成了高压空气爆破增透成套技术,并进行了现场工业性试验。结果表明:高压空气爆破致裂增透技术能够在低透气性煤层取得较好的增透效果,可大幅增加煤层瓦斯的涌出量与抽采量,能够缩短工作面的预抽时间,可加快工作面的推进速度,能有效提高煤炭及煤层气产量,为改善我国煤层的低透气性难题开辟了一条新的途径。
【图文】：

煤层裂隙

体骨架发生强烈变形破坏，然后，高压气体冲击波传到钻孔周围煤体内部，并在煤体内部以应力波的形式向深部传播。在高压空气爆破应力波作用下，煤体介质单元发生切向拉伸和径向压缩。而当切向拉伸应力大于煤体的动抗拉强度时，煤体便会产生径向裂隙，并随着爆破应力波的传播而扩展。当爆破切向拉伸应力衰减到低于煤体介质动抗拉强度时，裂隙停止扩展。在高压空气爆破应力波传播及裂隙扩展的同时，高压空气体积迅速膨胀，充填径向裂隙空间。在高压气体的尖劈作用下，煤层裂隙继续扩展，使爆破孔周围形成交叉裂隙网，如图1所示。图1煤层裂隙扩展示意2高压空气爆破致裂增透技术与装备高压空气爆破致裂增透技术经过多年的实验室试验及煤矿现场工业化测试，在高压带压作业中已实现远程监控及远程爆破控制，安全高效，已形成了具有自主知识产权的成套技术与装备，产品整机内所有设备都采用矿用防爆等级产品，其核心部件主要有:700L/min、35MPa压缩机1台，3.5m3/min、0.8MPa螺杆压缩机1台，600L/min、100MPa增压泵1台，高压空气压缩机组，其功率为22kW，整机长×宽×高为900mm×1150mm×1350mm，流量700L/min，整机质量480kg。爆破装置可分为单点爆破与多点爆破，单点爆破比多点爆破的威力稍大，多点爆破比单点爆破的范围更广，可根据矿山现场的实际情况选择合适的爆破方式，如图2所示。图2高压空气爆破主要设备环境空气先经过高压空气压缩机组压缩，高压空气压缩机组送出的压缩空气经过高压气瓶进入到增压泵进行压缩，压缩后的空气压力达到70MPa。当压力达到爆破装置中剪切片所能承受的极限强度时，剪切片发生破坏，气体突然剧烈释放，对煤体产生巨大的冲击效应。高压空气爆破工作原理及流程如图3所示。图3高压空气爆破工

高压空气压缩机,高压空气,环境空气,主要设备

压作业中已实现远程监控及远程爆破控制，安全高效，已形成了具有自主知识产权的成套技术与装备，产品整机内所有设备都采用矿用防爆等级产品，其核心部件主要有:700L/min、35MPa压缩机1台，3.5m3/min、0.8MPa螺杆压缩机1台，600L/min、100MPa增压泵1台，高压空气压缩机组，其功率为22kW，整机长×宽×高为900mm×1150mm×1350mm，流量700L/min，整机质量480kg。爆破装置可分为单点爆破与多点爆破，单点爆破比多点爆破的威力稍大，多点爆破比单点爆破的范围更广，可根据矿山现场的实际情况选择合适的爆破方式，如图2所示。图2高压空气爆破主要设备环境空气先经过高压空气压缩机组压缩，高压空气压缩机组送出的压缩空气经过高压气瓶进入到增压泵进行压缩，压缩后的空气压力达到70MPa。当压力达到爆破装置中剪切片所能承受的极限强度时，，剪切片发生破坏，气体突然剧烈释放，对煤体产生巨大的冲击效应。高压空气爆破工作原理及流程如图3所示。图3高压空气爆破工作原理3高压空气爆破室外试验在爆破试验基地进行高压空气爆破试验，所用的水泥试件中水泥与沙子比例为1∶3，试件长×宽为500mm×500mm×500mm、800mm×800mm×800mm两种，钻孔孔径为65、70mm，钻孔深度为400、500、550mm，在试验过程中高压空气加压泵站最高压力68MPa，不同规格建切片对应试件爆破时压力为35～56MPa，爆破装备增压情况如下:高压系统末端压力为10、15、25、30、35、40、45、50、55、60、65MPa时，时间分别为22.0、22.5、24.0、27.0、30.0、31.0、32.0、33.0、34.0、35.0、36.0min，测试时高压系统容积约为70L。高压空气压力在60MPa左右时，对水泥试件产生了强烈破坏，对断裂块组还原后，形成的裂隙与93

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