高壓水力沖孔增透技術(shù)實(shí)踐與應(yīng)用

文/鄧東生 彭行球（.深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 .煤礦瓦斯治理國家工程研究中心）

安能煤礦10918工作面的接替面10907工作面在10918工作面回采結(jié)束3個(gè)月才能完工，礦井面臨采掘接替失調(diào)，主要原因是抽采鉆孔施工質(zhì)量差、順層鉆孔條帶預(yù)抽效果不理想，導(dǎo)致煤巷月度進(jìn)尺緩慢。這一問題嚴(yán)重制約煤礦采掘接替及安全生產(chǎn)。為此，在安能煤礦開展了高壓水力沖孔、“兩堵一注”及“帶壓注漿封孔”的試驗(yàn)，以解決煤巷瓦斯預(yù)抽時(shí)間長、評價(jià)單元允許掘進(jìn)距離短等問題。

一、基本情況

安能煤礦為貴州大西南礦業(yè)有限公司兼并重組保留礦井，生產(chǎn)規(guī)模為30萬噸/年。C9煤層厚度1.20～2.81m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，層位穩(wěn)定，呈層狀產(chǎn)出，全區(qū)穩(wěn)定，一般不含夾矸。10907回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面C9煤層煤層平均厚度2.4m，煤層傾角為3°～7°。C9煤層距上覆C8煤層11.51m，距下伏C12煤層43.01m；頂板巖性以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主；底板巖性為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及粘土巖，并富產(chǎn)植物化石。附近巷道實(shí)際揭露無斷層，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單。

C9煤層不具有突出危險(xiǎn)性，煤塵無爆炸危險(xiǎn)性，煤層自燃傾向?yàn)槿?，屬不易自燃煤層。C9煤層堅(jiān)固性系數(shù) 1.87，透氣性系數(shù) 2.391～2.542 m2/MPa2·d。

10907回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面北面為10907采面，距10907運(yùn)輸巷153m，南面為未采區(qū)域，東面為一盤區(qū)三條開拓大巷，西面為二盤區(qū)采空區(qū)。10907回風(fēng)巷沿煤層走向布置，設(shè)計(jì)長度為516m，斷面10.4m2，采用放炮掘進(jìn)，錨網(wǎng)支護(hù)頂板，已掘49.8m，剩余466.2m。

二、試驗(yàn)前順層鉆孔施工情況

10907回風(fēng)巷采取順層鉆孔條帶預(yù)抽的瓦斯治理方式，順層鉆孔控制巷道兩幫輪廓線外各15m范圍，工作面前方90m范圍。鉆孔設(shè)計(jì)數(shù)量27個(gè)，終孔間距3m；允許進(jìn)尺距離50m，保留超前距距離40m。鉆孔施工設(shè)備為ZYJ-750型液壓鉆機(jī)、φ75mm鉆頭及φ50mm螺旋鉆桿，鉆進(jìn)過程中采用水力排渣。鉆孔封孔方式為馬麗散兩堵，每孔封孔長度8m。

三、優(yōu)化施工工藝

1.鉆孔設(shè)計(jì)

順層鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)后，循環(huán)允許進(jìn)尺距離70m，保留超前距距離20m，鉆孔其他參數(shù)不變[1，2]。

2.鉆孔施工加強(qiáng)措施及成型保障

施工設(shè)備依舊為ZYJ-750型液壓鉆機(jī)。但為保障鉆孔成型完好，首先對鉆機(jī)進(jìn)行加固，增設(shè)2個(gè)立足（見圖1），減少施工過程中鉆機(jī)偏擺幅度；其次鉆孔在第一次鉆進(jìn)和之后的擴(kuò)孔過程中，鉆壓保持穩(wěn)定，勻速鉆進(jìn)，提高鉆孔平直率；施工過程中密切觀察孔口水力排渣情況，及時(shí)調(diào)整供水量，確保排渣順暢、徹底。為增強(qiáng)鉆孔抽采效率，加大鉆孔孔徑，開孔選用φ75mm鉆頭施工，鉆孔施工到位后，換φ94mm鉆頭進(jìn)行全程擴(kuò)孔[3，4]。

圖1 鉆機(jī)加立足改進(jìn)

3.水力沖孔增透

為增加煤層透氣性、排凈鉆孔內(nèi)煤渣及減少鉆孔封孔時(shí)下封孔管的難度，采取高壓水力沖孔增透技術(shù)，水力沖孔采用型號(hào)為W(GRB)315/31.5的礦用乳化泵站供高壓水。

表1 10907回風(fēng)巷抽采瓦斯?jié)舛葘Ρ?/p>

鉆孔擴(kuò)孔至孔底后，打開高壓供水閥，加大轉(zhuǎn)速，對孔壁煤層進(jìn)行高壓水力沖洗的同時(shí)，慢速退出鉆桿[5-7]。沖孔鉆孔長度48～75m，單孔沖出煤量7.20～12.39 kg/m。

4.“兩堵一注”及“帶壓注漿封孔”

鉆孔注漿時(shí)采用多次加壓注漿，水泥漿比例按水灰比0.8∶1配比漿液；該循環(huán)所有鉆孔傾角均為0°或以上，鉆孔注漿至回漿管返漿后，間隔20min左右再從回漿管繼續(xù)注漿，壓力要求達(dá)到3～4MPa，次數(shù)不少于2次。每個(gè)孔注漿結(jié)束至少24h后方可合茬抽采，以確保鉆孔內(nèi)水泥漿能夠充分凝固[8]。

四、抽采效果考察

1.單孔瓦斯抽采濃度考察

抽采鉆孔優(yōu)化前后抽采濃度見表1。試驗(yàn)前順層鉆孔單孔平均抽采濃度23%；采用“兩堵一注”“帶壓注漿封孔”及水力沖孔增透等措施后，單孔平均抽采濃度達(dá)到41%，單孔抽采濃度提高了18%。

2.單元瓦斯抽采量考察及對比分析

優(yōu)化前鉆孔控制范圍內(nèi)煤層瓦斯資源總量為166909.4m3，抽采時(shí)間32天，預(yù)抽瓦斯量為115117.88m3，瓦斯抽采率68.9%，最大殘余瓦斯含量為6.9193m3/t。優(yōu)化后鉆孔控制范圍內(nèi)煤層瓦斯資源總量為173713.88m3，抽采時(shí)間20天，預(yù)抽瓦斯量為113492.74m3，瓦斯抽采率65.3%，最大殘余瓦斯含量為6.5321m3/t。兩者對比，單元抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間縮短12天左右。

五、結(jié)論

實(shí)踐證明，采用水力沖孔、“兩堵一注”及“帶壓注漿封孔”新工藝，有效提高了單孔抽采效率，單孔瓦斯抽采濃度由23%提高到41%，單孔抽采濃度提高了18%；縮短單元瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，使工作面提前回采，緩解采掘接替緊張局面。[本文系基金項(xiàng)目安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 “石門揭煤突出災(zāi)害微震監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用”（1804a0802214）的研究成果。]