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近年来，我国多数煤矿进入了深部开采阶段。煤层赋存条件复杂，高应力，高wa.si 压力，降低了煤层的透气性。随着煤矿开采机械化程度的不断提高，单一的wa.si抽采方法已 经无法 的解决煤矿wa.si隐患。同时，wa.si作为一种清洁能源，可以有效的改善和优化我 国的能源结构，降低煤矿生产成本，还能够减少大气污染。wa.si抽采技术是防治煤矿wa.si灾 害的主要技术之一，但是由于深部煤层普遍存在赋存条件复杂，煤层透气性差等问题，单纯 的抽采也很难满足目前煤矿治理wa.si的需求，严重制约了煤矿高产 生产。煤层爆破技 术应运而生，其中液态二氧化碳相变爆破技术作为一种新型的煤层增透手段，凭借其安全 ，工艺简单等优势受到煤矿的广泛关注，并且已经开始应用于煤矿煤层增透措施之中。

然而，由于各个矿井中的煤质不同，对 相变爆破效果也产生不同影响。液 态二氧化碳相变爆破增透半径，以及重复爆破后增透效果的迭加程度都会影响爆破后煤层 wa.si抽采效果。因此，不同煤层对应的zui佳布孔方式也不相同，为了快速准确的确定zui佳布 孔方式，本发明提供了一种确定液态二氧化碳相变爆破的zui佳布孔方式的方法，以克服单 孔测量半径容易受到其他因素干扰的缺点。

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种确定二氧化碳气体爆破煤层与矿山增渗 zui佳布孔方式的方法，该方法通过多种孔距的布设方案，以及爆破后的多方案数据采集，并 通过对wa.si气的流量、压力和浓度监测，以及 含量分析、爆破前后煤样的孔隙率、 比表面积以及微观结构变化等数据进行对比分析，从而获得zui佳增透效果的钻孔布置方 式。

为实现前述目的，本发明采用如下技术方案。

一种确定二氧化碳气体爆破煤层与矿山增渗zui佳布孔方式的方法，包括以下步骤：

步，确定爆破孔和抽采孔钻孔的多个布设方案：按照不同孔间距布设至少四种钻 孔方案；各方案中的钻孔均按至少4排等间距布置；其中，至少两排全部为抽采孔，至少两排 为抽采孔和爆破孔间隔布置结构，相邻两排钻孔相互错位，具有爆破孔的相邻孔排间的致 裂孔交错布置，以使每个爆破孔周围等间距相邻的钻孔全为抽采孔，且在设置有爆破孔的 孔排中至少具有两个爆破孔；

步，抽采孔钻孔及联网：选择钻孔布设方案，按照选定的方案逐排按从左至右或从 右至左的顺序司钻抽采孔；在司钻 个抽采孔时，对煤层进行取样；并预留zui后一个爆破 孔同排的两个相邻抽采孔待施工；对抽采孔进行“两封一注”的方式进行封孔；对抽采孔进 行联网，使各排形成一个独立的抽采支网，并将多个网络进行并网形成汇总网络，且对每个 抽采孔，以及汇总网络进行流量、压力、流速和wa.si浓度的监测与记录；

第三步，爆破孔钻孔及联网：在抽采孔wa.si流量稳定后，按钻孔布设方案逐排依次司钻 爆破孔；在一个爆破孔司钻完成后，进行封孔、爆破和联网，再进行下一个爆破孔司钻，同一 排的爆破孔组成一个单独的网络后并入汇总网络，并进行流量、压力、流速和wa.si浓度的监 测与记录，直至同一方案中的多个爆破孔全部联网完成；

第四步，预留抽采孔钻孔及联网：在同一方案中的zui后一个爆破孔爆破完成并联网后； 对预留的两个抽采孔进行钻孔，并在单个预留抽采孔司钻、封孔完成后与同一排的其他抽 采孔进行联网，并进行流量、压力、流速和wa.si浓度的监测与记录，且在司钻预留抽采孔期 间进行煤层采样；

第五步，多方案联网判断：在一个布设方案的流量、压力、流速和wa.si浓度的监测与记 录期间，或者，在一个布设方案的流量、压力、流速和wa.si浓度的监测与记录完成后，判断多 个方案是否全部完成所有联网工作，是，则进行下一步；否，则重复进行 步第四步，直 至各个方案全部完成抽采联网完成；

第六步，数据处理与zui佳方案确定：包括对纯wa.si总量、爆破前后抽采孔内的 含量、爆破前后煤样的孔隙率、比表面积和微观结构的数据进行处理，以获得增透效果结 果，并比较各方案增透效果，确定zui佳方案。

采用前述技术方案的本发明，通常按 排和第三排全部为抽采孔， 排和第 四排为抽采孔与爆破孔间隔布置的布设钻孔；通过多种不同孔间距的钻孔方案可以考察不 同爆破距离对增透效果的影响；通过逐个施工爆破孔，按照单个爆破孔司钻、封孔、爆破和 联网的顺序，在 个爆破孔联网后进行抽采监测，能够获得单一爆破孔的增透效果；在 排的爆破孔爆破完成后，可从 排或第三排抽采孔的抽采wa.si净含量变化情况获得单 排爆破孔与单 排抽采孔的钻孔布置方式的增透效果，显然， 排和第三排的抽 采wa.si净含量可简单的算术平均或加权平均的计算方式抽采净量的平均值；在第四排的致 裂孔爆破完成后，可通过第三排抽采孔的抽采wa.si净含量变化情况获得单 排抽采孔与 等距离的两排爆破孔重复爆破的钻孔布置方式的增透效果；通过 排抽采孔的抽采wa.si 净含量变化情况获得单 排抽采孔与距离等的两排爆破孔重复爆破的钻孔布置方式的 增透效果；另外，本方案中相邻两排钻孔相互错位，可在同一爆破孔周围形成4-6个等距离 的抽采孔，以通过这4-6个抽采孔的wa.si抽采净含量变化情况，获得单独爆破、重复爆破增 透效果的平均值。故发明的钻孔布设方案可获得爆破影响范围、单独爆破和等距离重复致 裂的增透效果，以及多距离重复爆破的增透效果等数据。依据这些试验结果，达到确定 相变爆破煤层增渗的zui佳布孔方式。

本方案中的“两封一注”封孔方式是采用采用双囊袋加中间注浆封孔的方式进行 封孔，里外囊袋通过注浆管连通，且里外囊袋的注浆管段上设有爆破阀，在注浆管与注浆泵 相连后，封孔液因注浆泵的压力进入注浆管及膨胀囊袋中，膨胀囊袋迅速膨胀，将膨胀囊袋 的外壁与钻孔相密封；当压力达到设定值时；爆破阀爆破，以在里外囊袋间形成注浆封孔 段。通常，封孔管采用φ32mm耐压封孔管。穿层钻孔的封孔长度根据孔深确定，封孔管里端 无堵头，其中筛管段长度5m，里囊位于煤岩交界处，外囊视钻孔深度确定，但要保证里外囊 之间有至少8m的注浆段。本煤层钻孔封孔管长度不低于45m，其中，筛管段长度20m，里囊位 于孔口内2023m处，外囊位于孔口内15米处，但里外囊之间应确保不低于8m的注浆段。

优选的，所述钻孔方案由孔间距为3m、5m、7m和9m的四个方案构成。通过合理的间 距参数和方案数量设置，以尽量少的试验次数获得钻孔的zui佳布置方式，降低试验成本，提 高试验效率。

优选的，所述 含量变化分析通过色谱分析方法进行。以充分利用现有技 术的分析测试手段获得抽采的wa.si气中的 含量，从而从一个方面确定增透效果。

优选的，所述 含量变化分析所需样本通过集气袋收集爆破前后紧邻爆破 孔的抽采孔内的气体获得，且采集工作需在爆破后30min内采集，多个抽采孔的采集时间一 致。以获得分析样本采集的一致性，消除干扰因素，确保分析结果准确。

进一步优选的，在具有重复爆破的抽采孔，所述样本收集应在紧邻的两个爆破孔 分别爆破后，分别进行一次。以准确获得重复爆破增透效果。

优选的，所述孔隙率和比表面积通过对爆破前后的煤样进行压汞实验获得。以利 用现有分析手段获得煤样爆破前后的孔隙率和比表面积的变化情况，从另一个方面获得致 裂效果。

优选的，所述微观结构通过电镜扫描等实验获得。以利用现有试验手段获得准确 的煤样微观结构，以通过微观结构变化获得爆破效果。

本发明的有益效果是，通过多种孔距的布设方案，以及爆破后的多方案数据采集， 并通过对wa.si气的流量、压力和浓度监测，以及 含量分析、爆破前后煤样的孔隙 率、比表面积以及微观结构变化等数据进行对比分析，从而获得zui佳增透效果的钻孔布置 方式。

二氧化碳气体爆破煤层与矿山增渗zui佳布孔方式的方法，包括以 下步骤：

步，确定爆破孔和抽采孔钻孔的多个布设方案：按照3m、5m、7m和9m不同孔间距布 设四种钻孔方案，该四种方案按间距由小至大的顺序依次命名为方案一、方案二、方案三和 方案四；四个方案中的钻孔均按4排等间距布置，同一排中的孔间距A分别为3m、5m、7m和9m， 如.2所示，由下至上分别命名为 排、 排、第三排和第四排；其中，四排中两排即 排和第三排全部为抽采孔，另两排即 排和第四排为抽采孔和爆破孔间隔布置结构， 相邻两排钻孔相互错位二分之一的孔间距A，具有爆破孔的 排和第四排孔排间的爆破 孔交错布置，以使每个爆破孔周围等间距相邻的钻孔全为抽采孔，且在设置有爆破孔的孔 排中至少具有两个爆破孔；四个方案中相邻排的排间距B分别为2.6m、4.3m、6.1m和7.8m；在 、三排布置8个钻孔， 、四排布置7个钻孔时， 、三排的钻孔按2个成列对齐成8 列； 、四排的钻孔按2个成列对齐成7列；钻孔从左至右编号为， 排为1#8#； 排 钻孔编号为9#15#；第三排钻孔编号为16#23#；第四排钻孔编号为24#30#；其中， 排的第1、3、5、7位孔即编号为9#、11#、13#和15#孔为爆破孔；第四排的第2、4、6位孔即编号 为25#、27#和29#孔为爆破孔；

步，抽采孔钻孔及联网：按空间距由小至大的顺序或方案编号由一至四的顺序选 择钻孔布设方案的方案一，按照选定的方案一逐排按从左至右，即按编号由小至大的顺序 司钻抽采孔1#8#、10#、12#、14#、16#23#、24#和26#；在司钻 个抽采孔即1#孔时，对 煤层进行取样；并预留zui后一个爆破孔29#同排的两个相邻抽采孔28#和30#待施工；对抽采 孔进行“两封一注”的方式进行封孔；对抽采孔进行联网，使各排形成一个独立的抽采支网， 即1#8#构成 排抽采支网，10#、12#和14#构成 排抽采支网，16#23#构成第三排 抽采支网，24#和26#构成第四排抽采支网；并将多个网络进行并网形成汇总网络，且对每个 抽采孔，以及汇总网络进行流量、压力、流速和wa.si浓度的监测与记录；

第三步，爆破孔钻孔及联网：在抽采孔wa.si流量稳定后，按钻孔布设方案逐排依次司钻 爆破孔，即按照9#、11#、13#、15#、25#、27#和29#孔的顺序司钻；在一个爆破孔司钻完成后， 进行封孔、爆破和联网，再进行下一个爆破孔司钻，同一排的爆破孔组成一个单独的网络后 并入汇总网络，即9#、11#、13#和15#爆破孔组成 爆破支网络，25#、27#和29#爆破孔组成 爆破支网络，两个爆破支网均并入汇总网络；并进行流量、压力、流速和wa.si浓度的监 测与记录，直至同一方案中的多个爆破孔全部联网完成；

第四步，预留抽采孔钻孔及联网：在同一方案中的zui后一个爆破孔29#爆破完成并联网 后；对预留的28#抽采孔和30#抽采孔进行钻孔，并在单个预留抽采孔司钻、封孔完成后与同 一排的其他抽采孔即24#和26#构成第四排抽采支网进行联网，并进行流量、压力、流速和瓦 斯浓度的监测与记录，且在司钻预留抽采孔期间进行煤层采样；

第五步，多方案联网判断：在一个布设方案的流量、压力、流速和wa.si浓度的监测与记 录期间，或者，在一个布设方案的流量、压力、流速和wa.si浓度的监测与记录完成后，判断多 个方案是否全部完成所有联网工作，是，则进行下一步；否，则重复进行 步第四步，直 至各个方案全部完成抽采联网完成；

第六步，数据处理与zui佳方案确定：包括对纯wa.si总量、爆破前后抽采孔内的 含量、爆破前后煤样的孔隙率、比表面积和微观结构的数据进行处理，以获得增透效果结 果，并比较各方案增透效果，确定zui佳方案。

其中， 含量变化分析通过色谱分析方法进行； 含量变化分析所 需样本通过集气袋收集爆破前后紧邻爆破孔的抽采孔内的气体获得，且采集工作需在爆破 后30min内采集，以防止在爆破后未及时采集气体导致 扩散衰减，多个抽采孔的采 集时间一致；且在具有重复爆破的抽采孔，样本收集应在紧邻的两个爆破孔分别爆破后，分 别进行一次；孔隙率和比表面积通过对爆破前后的煤样进行压汞实验获得；微观结构通过 电镜扫描等实验获得。

本实施例中，钻孔布设方案可采用五个或五个以上，钻孔也可布置为五排或五排 以上；在采用五排布置时，第五排全部为抽采孔，此时钻孔顺序也可从上至下；在任一布设 方案中钻孔也可从右至左的顺序进行司钻。

在本实施例中，通过监测、记录和分析 排抽采孔1#8#和第三排的抽采孔 16#23#可获得单次爆破的增透效果；通过监测、记录和分析 排的抽采孔10#、12#、 14#；第三排的抽采孔16#23#以及第四排的抽采孔25#、27#和29#可获得重复爆破的增透 效果；通过爆破前后的煤层取样分析可获得煤样的微观结构和孔隙率等变化情况，以进一 步为zui优布孔方式提供理论依据。

通过观测爆破前后与重复爆破的煤样内部结构的不同，从机理方面进一步指导煤 层中液态二氧化碳相变爆破增透的zui佳钻孔布置方式。一般认为，爆破后煤样比表面积越 大，孔隙裂隙越发育对煤层增透越有利，增透效果越明显。

在监测孔内 含量过程中，可以通过重复爆破后孔内气体 含量的 增量来进一步判断重复爆破对煤层增透效果的提升程度；通过不同方案的增透效果比较， 可以判断不同钻孔距离重复爆破的增透效果的差异。一般而言， 浓度越高，表明增 透效果越好。

在监测孔内 含量过程中，利用 排抽采孔和第三排抽采孔在重复爆破 上存在的时间差异，可以获得二次爆破时间对重复爆破增透效果的影响，以此结果可以获 得液态二氧化碳相变爆破增透技术的重复爆破间隔的基础数据。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无 需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术 人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的 技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。石杰微信同步