一种毫秒多级定向爆破干冰致裂方法及爆破管技术领域
本发明涉及一种毫秒多级定向爆破干冰致裂方法及爆破管，用于煤层瓦斯预抽
放，防治煤与瓦斯突出。
背景技术
我国国民经济建设的主要动力能源是煤炭，其占我国能源全部结构的70%以上。目
前，我国记录在册的煤矿共有2.6万个，所有煤矿都是瓦斯矿井，其中一半以上属于高瓦斯
矿井。煤矿的开采都会受到一定条件的限制，包括自然地质条件、井下开釆条件、矿工技能
条件和装备等，因此煤矿开采存在安全可靠性差、安全事故发生率高等问题，其中最为严重
的是瓦斯事故。瓦斯事故的频频发生阻碍了煤炭事业的发展，给伤亡矿工家庭的经济和心
理带来了很大的伤害，同时影响了矿区以及社会环境的和谐发展。另外，我国煤炭的生产状
况与世界其他国家相比还存在很大的差距。因此，大力发展煤矿瓦斯治理的科学研究，保障
瓦斯煤矿安全生产具有非常重要的意义。
矿井煤层构成中有害气体的总称就是煤矿瓦斯，煤矿瓦斯以甲烷（CH4）为主。瓦斯
爆炸事故的发生多数都是由于瓦斯浓度监测不准确造成的，如安徽潘三煤矿的“11.13瓦斯
爆炸事故”、黑龙江宝兴煤矿的“11.1瓦斯爆炸事故”、辽宁龙凤煤矿的“5.28瓦斯爆炸事故”
等。瓦斯事故是煤矿安全生产的主要威胁之一，瓦斯会爆炸导致矿毁人亡，瓦斯浓度过高也
会导致人员缺氧窒息，甚至死亡。瓦斯的爆炸界限为5%~16%，在一定条件下当瓦斯浓度达到
爆炸界限值就会与空气中的氧气发生剧烈的化学反应从而引起瓦斯爆炸。
煤与瓦斯突出是煤矿生产中最严重的灾害之一，防治煤与瓦斯突出的技术很多，
其中煤层瓦斯预抽放已成为防治煤与瓦斯突出的一项重要技术措施。但在我国瓦斯矿井中
有相当多的煤层是低透气坚硬难抽煤层，瓦斯抽放率很低。
在我国煤层瓦斯预抽放通常采用三种方法：⑴水力压裂法；⑵一般爆破法；⑶干冰
膨胀法。水力压裂法仅能产生两条孔边裂纹，而且裂纹方向被地应力场所控制，垂直于最小
主应力方向。因此裂纹方向往往平行于煤层中原生断裂面，此外裂纹容易沿着煤层中原生
软弱面扩展，而不易产生垂直于原生断裂面的新鲜裂纹。一般爆破法虽然能产生很多随机
分布的孔边裂纹，但都较短，而且造成钻孔壁严重破碎，或产生残余压应力区—“应力笼”。
由于钻孔周围被煤粉堵塞或压实已形成的裂纹也不能与钻孔联通，故钻孔附近的渗透性非
但不能增加反而降低。而且一般爆破产生高温高压具有潜在的危险弊端。干冰膨胀法是利
用粉状CaCl2遇水发热，提供热源使干冰受热升华产生气体作为膨胀能源，但该方法操作麻
烦，产生裂缝可控性差，裂缝 产生数目较少。因此，其改进和创新势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种毫秒多级定向爆破干冰致裂方法及爆破
管
，可有效解决提高瓦斯抽放效率的问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种毫秒多级定向爆破干冰致裂方法，包括以下步骤，
一、在煤层工作面上钻凿炮孔和抽放孔；
二、制作爆破管
所述的爆破管包括多个爆破单元，两爆破单元之间由炮泥隔断，每个爆破单元包括均
由PVC材料制成的外管和内管，外管和内管均为一端开口、一端密封的中空管状结构，内管
套装在外管内，内管外壁、外管内壁和外管密封端端壁共同围成用于填充干冰的外填充腔，
内管的内腔构成用于填充炸药的内填充腔，外填充腔内填充有干冰，内填充腔内填充有炸
药，炸药内设置有毫秒延期电雷管；
三、将爆破管装入炮孔内，爆破管的内侧端部与炮孔的孔底相连，采用封堵炮泥将炮孔
的外端口部密封；每个爆破单元的毫秒延期电雷管的脚线均引出炮孔；
四、按炮孔由内到外的顺序通过毫秒延期电雷管每隔40毫秒逐级引爆各个爆破单元，
爆炸释放的能量使填充在外填充腔内的干冰瞬间气化，气化后的CO2贯入到爆轰冲击波形
成的定向裂缝中，延伸裂缝距离， 在煤层内形成大体积复杂缝网，最终达到增裂的目的。
所述的炮孔和抽放孔的间距为2000mm。
所述步骤二中的爆破单元的外管两侧的侧壁上开有外管通槽（3），内管两侧的侧
壁上开有内管通槽。
所述步骤二中的爆破单元至少有3个。
所述步骤三中的封堵炮泥的长度为1200mm。
一种用于毫秒多级定向爆破干冰致裂的爆破管，包括多个爆破单元，两两爆破单
元之间由炮泥隔断，每个爆破单元包括均由PVC材料制成的外管和内管，外管和内管均为一
端开口、一端密封的中空管状结构，内管套装在外管内，内管外壁、外管内壁和外管密封端
端壁共同围成用于填充干冰的外填充腔，内管的内腔构成用于填充炸药的内填充腔，外填
充腔内填充有干冰，内填充腔内填充有炸药，炸药内设置有毫秒延期电雷管。
所述的外管两侧的侧壁上开有对称的外管通槽，内管两侧的侧壁上开有内管通
槽。
本发明方法简单，爆破管结构新颖独特，易实施，可有效的达到控制裂缝的生成数
目，增加裂缝延伸的距离且不会使孔壁严重破碎，延长了作用时间使爆炸生成气体以及干
冰升华气体更容易贯入到裂缝中去，驱动裂纹向更远扩展，扩大了致裂的范围，随着裂缝扩
展，干冰升华产生的CO2可更有效地驱替煤矿瓦斯，提高瓦斯抽放效率；同时，干冰升华过
程，吸收大量爆炸热量，降低了爆温，使得爆破过程更加安全可靠，使用效果好，具有良好的
社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明爆破管的剖面主视图。
图2为本发明爆破管的剖面俯视图。
图3为本发明爆破管的剖面俯视图（未安装干冰、炸药和雷管）。
图4为本发明炮孔和抽放孔布置示意图。
图5为本发明爆破管在炮孔内的安装示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示，一种用于毫秒多级定向爆破干冰致裂的爆破管，包括多个爆破单元，
两爆破单元之间由炮泥7隔断，每个爆破单元包括均由PVC材料制成的外管1和内管2，外管1
和内管2均为一端开口、一端密封的中空管状结构，内管套装在外管内，内管外壁、外管内壁
和外管密封端端壁共同围成用于填充干冰的外填充腔1a，内管的内腔构成用于填充炸药的
内填充腔2a，外填充腔1a内填充有干冰5，内填充腔2a内填充有炸药6，炸药6内设置有毫秒
延期电雷管4；
所述的爆破单元有3个；所述的外管1的外径为60mm，壁厚为2.0mm，内管的外径为36mm，
壁厚为1.8mm；
所述的炮泥7的长度为80cm-120cm；
如图2、3所示，所述的外管1两侧的侧壁上开有对称的外管通槽3，内管两侧的侧壁上开
有内管通槽11，外管密封端端壁上设置有与外管通槽相连的外管V形缺口3a，内管密封端端
壁上设置有与内管通槽相连的内管V形缺口11a，由于提前开槽，爆炸后释放的能量能够快
速破坏外管，使煤层内产生裂纹继续延展。
本发明方法经实际使用，得到了良好的技术效果，以在山西潞安矿业（集团）有限
责任公司潞宁煤矿实施该方法为例，试验点距巷道底板 1.8 m 处, 与煤层倾向平行处向
下打直径为 65 mm，深度20m 的炮孔9，首先在炮孔9装入爆破管，顺序通过毫秒延期电雷管
每隔40毫秒逐级引爆各个爆破单元，爆炸释放的能量使填充在外填充腔1a内的干冰5瞬间
气化，气化后的CO2贯入到爆轰冲击波形成的定向裂缝中，延伸裂缝距离，在煤层内形成大
体积复杂缝网，最终达到增裂的目的。
实施例1
一、在煤层工作面上钻凿炮孔9和抽放孔10，炮孔9和抽放孔10的间距L为2000mm；
二、制作爆破管；
所述的爆破管包括多个爆破单元，两两爆破单元之间由炮泥7隔断，每个爆破单元包括
均由PVC材料制成的外管1和内管2，外管1和内管2均为一端开口、一端密封的中空管状结
构，内管套装在外管内，内管外壁、外管内壁和外管密封端端壁共同围成用于填充干冰的外
填充腔1a，内管的内腔构成用于填充炸药的内填充腔2a，外填充腔1a内填充有干冰5，内填
充腔2a内填充有炸药6，炸药6内设置有毫秒延期电雷管4，每个爆破单元所装炸药6为150g；
三、将爆破管放入炮孔中引爆
将爆破管装入炮孔内，爆破管的内侧端部与炮孔的孔底相连，采用封堵炮泥12将炮孔
的外端口部密封，封堵炮泥12的长度为1200mm；每个爆破单元的毫秒延期电雷管的脚线8均
引出炮孔，按炮孔由内到外的顺序通过毫秒延期电雷管每隔40毫秒逐级引爆各个爆破单
元，爆炸释放的能量使填充在外填充腔1a内的干冰5瞬间气化，气化后的CO2贯入到爆轰冲
击波形成的定向裂缝中，延伸裂缝距离，在煤层内形成大体积复杂缝网，最终达到增裂的目
的，然后对抽放孔进行瓦斯抽放，该实施例在经过55天的抽采瓦斯抽采纯量保持在6~8m3/
天。
实施例2
一、在煤层工作面上钻凿炮孔9和抽放孔10，炮孔9和抽放孔10的间距L为2000mm；
二、制作爆破管；
所述的爆破管包括多个爆破单元，两两爆破单元之间由炮泥7隔断，每个爆破单元包括
均由PVC材料制成的外管1和内管2，外管1和内管2均为一端开口、一端密封的中空管状结
构，内管套装在外管内，内管外壁、外管内壁和外管密封端端壁共同围成用于填充干冰的外
填充腔1a，内管的内腔构成用于填充炸药的内填充腔2a，外填充腔1a内填充有干冰5，内填
充腔2a内填充有炸药6，炸药6内设置有毫秒延期电雷管4，每个单元所含炸药6为300g；
三、将爆破管放入炮孔中引爆
将爆破管装入炮孔内，爆破管的内侧端部与炮孔的孔底相连，采用封堵炮泥12将炮孔
的外端口部密封，封堵炮泥12的长度为1200mm；每个爆破单元的毫秒延期电雷管的脚线8均
引出炮孔，按炮孔由内到外的顺序通过毫秒延期电雷管每隔40毫秒逐级引爆各个爆破单
元，爆炸释放的能量使填充在外填充腔1a内的干冰5瞬间气化，气化后的CO2贯入到爆轰冲
击波形成的定向裂缝中，延伸裂缝距离， 在煤层内形成大体积复杂缝网，最终达到增裂的
目的，然后对抽放孔进行瓦斯抽放，该实施例在经过90天的抽采瓦斯抽采纯量保持在11~
12m3/天。
实施例3
一、在煤层工作面上钻凿炮孔9，及抽放孔10，抽放孔10距炮孔9的距离L为2000mm；
二、制作爆破管
所述的爆破管包括多个爆破单元，两爆破单元之间由炮泥7隔断，每个爆破单元包括均
由PVC材料制成的外管1和内管2，外管1和内管2均为一端开口、一端密封的中空管状结构，
内管套装在外管内，内管外壁、外管内壁和外管密封端端壁共同围成用于填充干冰的外填
充腔1a，内管的内腔构成用于填充炸药的内填充腔2a，外填充腔1a内填充有干冰5，内填充
腔2a内填充有炸药6，炸药6内设置有毫秒延期电雷管4，每个单元所含炸药6为450g；
三、将爆破管放入炮孔中引爆
将爆破管装入炮孔内，爆破管的内侧端部与炮孔的孔底相连，采用封堵炮泥12将炮孔
的外端口部密封，封堵炮泥12的长度为1200mm；每个爆破单元的毫秒延期电雷管的脚线8均
引出炮孔，按炮孔由内到外的顺序通过毫秒延期电雷管每隔40毫秒逐级引爆各个爆破单
元，爆炸释放的能量使填充在外填充腔1a内的干冰5瞬间气化，气化后的CO2贯入到爆轰冲
击波形成的定向裂缝中，延伸裂缝距离， 在煤层内形成大体积复杂缝网，最终达到增裂的
目的，然后对抽放孔进行瓦斯抽放，该实施例在经过175天的抽采瓦斯抽采纯量保持在17~
20m3/天。
由上述情况可以清楚的看出，采用本发明方法后，爆炸释放的能量使填充在外填
充腔内的干冰瞬间气化，气化后的干冰贯入到裂缝，延伸裂纹距离，在煤层内形成大体积复
杂缝网，最终达到增裂的目的，该工程采用一种毫秒多级定向爆破干冰致裂方法及爆破管，
瓦斯抽采纯量及保持的天数比一般水力压裂法、一般爆破法、干冰膨胀法纯量要大且维持
的天数较长。随着爆破单元煤矿安全许用炸药药量的增加，瓦斯抽采纯量及保持的天数逐
渐增加；本发明方法简单，易实施，可有效的达到控制裂缝的生成数目，增加裂缝延伸的距
离且不会使孔壁严重破碎，延长了作用时间使爆炸生成气体以及干冰升华气体更容易贯入
到裂缝中去，驱动裂纹更远传播，扩大了致裂的范围，达到裂缝扩展的同时干冰升华产生的
CO2可更有效的驱替煤矿瓦斯，提高瓦斯抽放效率，安全可靠，使用效果好，有良好的社会和
经济效益。