煤層不同孔徑鉆孔抽采效果分析

劉洪明

（山西晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 長治 046600）

引言

面對趙莊煤業(yè)瓦斯治理過程中遇到的煤體瓦斯賦存不規(guī)律、煤體松軟、煤層透氣性差等自然條件，為了提高本煤層鉆孔單孔抽放效果，特設(shè)計(jì)Φ94、Φ113兩種不同孔徑鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)，力求找出最適合本煤層鉆孔抽采的孔徑及下管方式，使本煤層鉆孔單孔抽放效果進(jìn)一步得到提升。

1 試驗(yàn)方案簡介

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在1310面回風(fēng)巷13092巷11-13橫川進(jìn)行，該段地形相對平整，切面全煤，比較適合鉆孔施工及后期鉆孔管理、數(shù)據(jù)采集。

試驗(yàn)鉆孔共設(shè)計(jì)4個單元，每個單元長60 m，統(tǒng)一采用Φ108 mm管路集中接抽模式；鉆孔設(shè)計(jì)上下兩排，孔間距3 m，每單元共計(jì)40個鉆孔；鉆孔設(shè)計(jì)深度120 m，總進(jìn)尺4 800 m，采用ZDY10000L型液壓坑道鉆機(jī)施工，具體每單元設(shè)計(jì)試驗(yàn)情況如下：

1）1單元（11—12號橫川前60 m）：采用Φ94 mm鉆頭進(jìn)行施工，鉆孔成孔后全程塞Φ50 mm花管；

2）2單元（11—12號橫川后60 m）：采用 Φ94 mm鉆頭進(jìn)行施工，鉆孔成孔后全程塞Φ32 mm花管；

3）3單元（12—13號橫川前60m）：采用Φ113mm鉆頭進(jìn)行施工，鉆孔成孔后全程塞Φ50mm花管；

4）4單元（12—13號橫川后60 m）：采用Φ113 mm鉆頭進(jìn)行施工，鉆孔成孔后全程塞Φ32mm花管。

2 鉆孔施工情況

4個單元共計(jì)施工鉆孔160個，總進(jìn)尺18329m，下管進(jìn)尺14 209 m，各單元施工情況如表1。

3 試驗(yàn)鉆孔工效對比情況

3.1 施工工效

3.1.1 Φ94 mm孔徑鉆孔施工情況

Φ94 mm鉆頭受力面積小，在相同的推力下進(jìn)鉆速度較快，鉆孔偏移程度較小，鉆桿和孔壁間形成的空間較小、煤粉殘留量較少。從塌孔方面來說，Φ94 mm鉆頭對煤體的破壞程度小，塌孔處大塊煤較少，同樣的風(fēng)壓，排渣比較容易一些，也較干凈。平均施工1 m約需2 min，施工進(jìn)度相對較快。

表1 鉆孔施工情況

3.1.2 Φ113 mm孔徑鉆孔施工情況

Φ113 mm鉆頭受力面積大，受力時容易發(fā)生偏移，對煤體的破壞程度大，容易造成塌孔，塌孔時的煤塊也較大，成孔后排渣孔內(nèi)殘留煤粉較多，易堵塞。平均施工1 m約需4 min，施工進(jìn)度相對較慢?？梢?，Φ94mm鉆頭在施工工效上優(yōu)于Φ113mm鉆頭。

3.2 鉆孔下管

3.2.1 Φ94 mm孔徑鉆孔塞Φ32 mm和Φ50 mm花管情況對比

1單元Φ94 mm孔徑塞Φ50 mm花管的下管率為65.8%，2單元Φ94 mm孔徑塞Φ32 mm花管的下管率為79.1%，通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)Φ32 mm管的下管率要高于Φ50 mm管的下管率。通過現(xiàn)場對比發(fā)現(xiàn)，Φ94 mm孔徑的鉆孔在塞Φ50 mm管時需提前往里塞，塞管過程中Φ50 mm管直徑與孔壁接觸較近，越往里塞阻力越大，管壁幾乎貼于煤壁，從而下管困難。Φ50 mm管平均下50 m左右約需40 min，80 m左右無法完成下管。而Φ32 mm管管徑較細(xì)，受阻力小，平均下100 m約需30 min左右。

3.2.2 Φ113 mm孔徑鉆孔塞Φ32 mm和Φ50 mm花管情況對比

3單元Φ113 mm孔徑塞Φ50 mm管的下管率為73.9%，4單元Φ113 mm孔徑塞Φ32 mm管的下管率為90.9%，通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)Φ32 mm管的下管率要高于Φ50 mm管的下管率，主要因?yàn)棣?0 mm管直徑相對較大，塞管過程中受阻力較大，隨深度增加，阻力逐步加大，Φ50 mm管平均下70 m左右約需30 min，80 m往后下管相當(dāng)困難，造成下管下不到位，成為下管率低的主要原因。反之Φ32 mm管容易下到位，塞管過程中受阻力小，平均下100 m約需25 min左右，下管率高?？梢姡?13 mm孔徑鉆孔塞Φ32 mm管在下管率和工效上優(yōu)于Φ94 mm孔徑配Φ32 mm和Φ50 mm管。

3.3 注漿封孔效果

試驗(yàn)鉆孔采用孔口5根Φ50 mm實(shí)管封孔，封孔深度20 m，采用兩堵一注方式，注漿長度（封孔段長度）為15 m。

注漿過程中發(fā)現(xiàn)的問題。Φ94 mm鉆徑的鉆孔在下管時由于鉆孔孔徑小，封孔管和鉆孔孔壁間距較小，同時封孔管上捆綁4袋封孔膠，造成注漿管下管比較困難，注、返漿管容易發(fā)生堵塞；Φ113 mm鉆頭孔徑相對較大，注漿管下管相對容易，注、返漿管不容易發(fā)生堵塞，但Φ113 mm鉆頭對煤壁破壞較大，煤體上的裂隙容易發(fā)生漏漿、泄壓。

4 抽采效果對比（見表2和圖1）

通過圖1抽采效果對比分析，Φ94 mm鉆孔塞Φ50 mm管和Φ32 mm管抽采效果相差無幾，呈增長趨勢，但Φ50 mm管的抽放量增長趨勢要高于Φ32 mm管；Φ113 mm鉆孔塞Φ50 mm管抽放量波動較大；Φ113 mm鉆孔塞Φ32 mm管抽采效果不佳。

可見，相同孔徑的鉆孔，采用Φ50 mm管的抽采效果優(yōu)于Φ32 mm管，原因是Φ32 mm管易被煤粉煤渣堵塞，影響抽采效果；塞相同封孔管的鉆孔（塞Φ50 mm封孔管），Φ113孔徑的抽采效果優(yōu)于Φ94 mm孔徑，原因是Φ113 mm孔徑相對較大，在孔深一定的情況下，煤壁裸露面積較大，瓦斯涌出面積是Φ94 mm孔徑的1.2倍；塞Φ32 mm封孔管時，Φ113 mm孔徑的抽采效果最差，原因是Φ113 mm孔徑的鉆孔煤體破壞最大，鉆孔內(nèi)部不穩(wěn)定，容易發(fā)生后期塌孔，Φ32 mm花管被堵塞后，抽采效果不佳。

表2 13092巷不同孔徑和封孔管試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

圖1 13092巷不同孔徑和封孔管試驗(yàn)百米流量趨勢圖

5 結(jié)論

1）相同孔徑的鉆孔，采用Φ50 mm管的抽采效果優(yōu)于Φ32 mm管。

2）塞同樣大小的花管，采用Φ50 mm花管的Φ113 mm鉆孔的抽采效果優(yōu)于Φ94 mm孔徑；采用Φ32 mm花管的Φ94 mm鉆孔的抽采效果優(yōu)于Φ113 mm鉆孔。

3）鉆孔孔徑和封孔管管徑存在一定關(guān)系：當(dāng)煤體較硬時，孔徑越大，采用封孔管管徑越大，抽采效果越好；當(dāng)煤體相對較軟時，孔徑越大，采用封孔管管徑越大，抽采效果較好，采用封孔管管徑越小，抽采效果越不好。