二氧化碳爆破煤体的形成过程中,在煤体内部会产生大量的发育成熟的裂隙,而裂隙中存在一些气体,如甲烷、二氧化碳等,具有一定的吸附能力,根据试验研究,煤体对气体的吸附能力不尽相同,煤体对二氧化碳的吸附能力最强,甲烷次之,氮气最弱。因此,当二氧化碳进入煤体后,对煤体中吸附的甲烷具有竞争驱替作用,使得甲烷被挤出,实现增透的目的。

由于在煤体形成过程中,伴随着瓦斯等气体的产生,对煤体进行二氧化碳爆破后,煤体中的瓦斯等气体被二氧化碳气体置换出来,由式(6)可以得出,当二氧化碳进入煤体后,煤体的空间总体积一定,总气体量增加,从而甲烷等原始气体的压力下降,进而使得煤体中甲烷被解析出来,使得煤体达到新的压力平衡。
(6)
式中:V1——甲烷在p1下的吸附量,m3/t;
a1——甲烷的吸附常数,m3/t;
b1、b2——甲烷的吸附常数,MPa-1;
p1——甲烷的分压力,MPa;
p2——二氧化碳的分压力,MPa。
2现场试验2.1试验区概况本次试验区选择在大斗沟矿20321工作面进行。20321工作面主要开采石炭纪二叠系山2~6~12#,同时也在抽采钻孔中间施工一个二氧化碳增透爆破孔,钻孔参数和抽采孔参数一致。试验区域一、二位置及钻孔布置如图2所示。对于二氧化碳增透爆破孔,现场施工采用人工方式将二氧化碳爆破筒送入煤壁,每节爆破筒的长度为1.5m,在爆破筒的端头设有螺纹,将爆破筒之间通过螺纹进行连接。
3爆破前后抽采效果对比分析爆破前后瓦斯浓度监测数据见表1。爆破间距为4m、6m时爆破前后瓦斯浓度与纯量变化如图3和图4所示。
由图3可以看出,致裂爆破后,在抽采孔与爆破孔之间的煤体形成裂纹,宏观考察抽采孔的单孔瓦斯抽采浓度、瓦斯流量和纯量提高效果非常显著,爆破后单孔瓦斯抽采纯量提高6倍左右,钻孔瓦斯抽采浓度提高5倍左右,在致裂爆破后的160min后钻孔瓦斯浓度衰减的较明显;个别抽采孔的瓦斯浓度明显高于其他的抽采孔,这是因为煤体属于不均匀介质,各相不同性,在爆破的过程中裂隙发育的也不均匀,有些抽采孔浓度偏高说明该抽采孔裂隙发育较好,所以抽采效果明显。