截至2015 年,全国共有177 个冲击地压矿井。目前ꎬ冲击地压解危措施主要有钻孔卸压 、煤层注水、卸压爆破 、水压致裂等手段。由于矿井地质条件不尽相同,以上常规措施仍达不到理想的卸压效果。液态CO2致裂技术目前在瓦斯增透、煤岩巷掘进、顶煤欲裂等领域应用正趋于成熟,但在冲击地压领域应用几乎空白。辽宁工程技术大学张宏伟教授团队在同煤集团忻州窑矿冲击地压防治中,提出使用液态CO2致裂技术进行爆破,较钻孔卸压措施,液态CO2致裂技术起到了较好的卸压作用。
CO2爆破测试装置
在实验室测试中,研究设计了3种规格的CO2 爆破测试装置。测试装置由三棱柱支架、钢管和CY-YD- 214 压力传感器3 部分组成。研究发现,钻孔孔壁与泄能头间距越大,测试的最大压力平均值越小,致裂器与孔壁间距为10~21 mm 时,剪切片强度在200 MPa 时,压力转化率在70% ~ 82%。致裂器仅对泄能头正对区域有致裂效果,因此,在现场实际操作中,务必使致裂器泄能头径向保持水平。对于爆破范围较长的区域可实施多节致裂器串联爆破。封孔条件下致裂器对测试装置爆破作用力更大、更为安全,爆破压力比不封孔条件下增大52.3%。 因此,在现场进行爆破前必须封孔。
现场应用中,直径38 mm 的2个型号分别为ZLQ-38/300 和ZLQ-38/600 的致裂器串联爆破对应的ø50 mm 钻孔,CO2 质量至少为0.3 kg才会对钻孔起到爆破效果。爆破时必须封孔,装气量越多爆破效果相对越好。采用光纤监测对ø108 mm 卸压钻孔和ø65 mm液态CO2爆破孔进行效果监测,发现CO2致裂爆破减小了钻孔直径,增加了钻孔长度,扩大了钻孔间距,增大了卸压范围。
这项研究得到了国家自然科学基金的资金支持。