松軟層底板穿層鉆孔瓦斯抽采提濃增量工藝研究

關(guān)鍵詞：底板穿層鉆孔;瓦斯抽采;最大化

童亭礦為瓦斯突出礦井，7層和8層為主采層，其中7號(hào)層瓦斯壓力在0.18-1.92MPa，瓦斯含量在1.86-10.69m3/t;

8號(hào)層瓦斯壓力在0.17-2.1MPa，瓦斯含量在1.7-11.36m3/t。近年來(lái)，隨著礦井10層優(yōu)勢(shì)資源的枯竭，主力采區(qū)向7、8層高瓦斯區(qū)域延伸，采掘活動(dòng)由無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)向突出危險(xiǎn)區(qū)和升級(jí)區(qū)擴(kuò)展，災(zāi)害治理難度陡然增大，特別是在86采區(qū)瓦斯治理上遇到了極大的困難，受原始應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力影響，工作面松軟破碎、瓦斯含量高、地應(yīng)力大、圍巖破碎，在底板穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯期間，常常造成塌孔、堵孔、鉆孔漏氣等問(wèn)題，面對(duì)工作面瓦斯治理難題，如何避免這些問(wèn)題，最大化提高瓦斯抽采效果，確保效果達(dá)標(biāo)成為瓦斯治理的關(guān)鍵。

1 概況

童亭礦86采區(qū)為防突升級(jí)區(qū)，86采區(qū)8號(hào)層瓦斯壓力在0.18-0.66MPa，瓦斯含量在1.95-6.84m3/t，采取底板穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯作為區(qū)域防突措施。

2 施工背景

86采區(qū)瓦斯地質(zhì)條件復(fù)雜，受地質(zhì)構(gòu)造影響，局部層原始地應(yīng)力大，工作面松軟、破碎，穿鉆孔施工后，經(jīng)常出現(xiàn)孔內(nèi)塌孔、堵孔現(xiàn)象，為解決上述問(wèn)題，一是采取水力沖孔卸壓瓦斯措施，以往采用靜壓水沖孔工藝，但沖孔時(shí)間長(zhǎng)，沖孔量低，沖孔效果無(wú)法達(dá)到瓦斯抽采要求，需進(jìn)一步改進(jìn)沖孔工藝。二是對(duì)穿層鉆孔下設(shè)護(hù)壁花管，防止穿層鉆孔孔內(nèi)塌孔、堵孔。

以往穿層鉆孔封孔深度為18m，采取囊袋式“兩堵一注”封孔注漿方式，但受底板巷巖石破碎，裂隙發(fā)育等因素影響，穿層鉆孔封孔合茬后經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鉆孔孔壁漏氣現(xiàn)象，造成穿層鉆孔抽采效果差。

底板穿層鉆孔永久合茬后部分鉆場(chǎng)初始抽采總濃度均高于30%，平均純流量0.24m3/min。隨著抽采時(shí)間的增加，一些鉆孔出現(xiàn)有濃度無(wú)流量等異?，F(xiàn)象，鉆場(chǎng)總濃度下降，影響瓦斯抽采效果。為了提高抽采濃度和流量，對(duì)穿層鉆孔進(jìn)行處理。

由于部分穿層鉆孔孔內(nèi)出水，常常造成瓦斯抽采管路內(nèi)積水，普通放水器不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放水功能，人工巡查放水存在工作量大，放水不及時(shí)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響瓦斯抽采效果，需改進(jìn)放水器工藝，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放水，確保瓦斯抽采效果。

3 施工工藝優(yōu)化

針對(duì)86采區(qū)底板穿層鉆孔施工、注漿封孔、合茬抽采等過(guò)程存在的問(wèn)題，按照瓦斯抽采最大化的原則，積極優(yōu)化瓦斯治理方案，因地制宜進(jìn)行改革創(chuàng)新，大膽嘗試新裝備新工藝，提高瓦斯抽采效果。

3.1 創(chuàng)新鉆沖一體高壓沖孔工藝，促進(jìn)瓦斯抽采最大化

針對(duì)礦井86采區(qū)瓦斯地質(zhì)條件復(fù)雜、受地質(zhì)構(gòu)造影響、局部區(qū)域原始地應(yīng)力大、松軟破碎的特點(diǎn)，在866底抽巷穿層鉆孔施工期間創(chuàng)新實(shí)施鉆沖一體高壓沖孔工藝。首先采取靜壓水沖孔1h，沖孔量不小于200kg/m，然后實(shí)施高壓沖孔，沖孔時(shí)間不小于0.5h，沖孔量不小于500kg/m。

目前已累計(jì)施工鉆沖一體鉆孔100個(gè)，沖孔量350-430kg/m，平均418kg/m，鉆沖一體沖孔后鉆孔等效直徑達(dá)0.58m-0.92m，平均0.63m。經(jīng)觀(guān)測(cè)對(duì)比，采取高壓沖孔后，沖孔量提升50%，瓦斯抽采濃度提高30%。

3.2 應(yīng)用管注式封孔工藝，做到孔封嚴(yán)

866底抽巷鉆孔施工前期采取囊袋式“兩堵一注”封孔方式，封孔深度18m。由于圍巖裂隙發(fā)育及封孔段較短等因素，造成封孔質(zhì)量效果差，原采用巷道噴漿、圍巖注漿等措施解決封孔不嚴(yán)問(wèn)題，但工程量大，封孔效果仍不能得到保證。為解決以上問(wèn)題，采用穿層下篩管、篩管端頭增加防堵管頭，管注式“兩堵一注”帶壓注漿封孔方式，增加封孔長(zhǎng)度至37m，有效解決了以上問(wèn)題，同時(shí)省去巷道噴漿及圍巖注漿治理工程。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，使用該封孔工藝后，鉆場(chǎng)瓦斯總濃度和單孔瓦斯?jié)舛忍岣?倍以上。

3.3 實(shí)施低流量鉆孔洗孔工藝研究

經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)鉆孔受應(yīng)力作用造成孔內(nèi)堵塞，為提高抽采濃度和流量，強(qiáng)化瓦斯治理效果，礦井對(duì)低流量穿層鉆孔進(jìn)行洗孔提濃增量研究，總結(jié)了一套行之有效的穿層鉆孔洗孔提濃增量工藝。利用注水封孔器膨脹封住孔口，外接高壓水管進(jìn)行高壓注水沖孔，高壓水洗刷堵塞的鉆孔，泄壓水將粉屑帶出孔外，疏通瓦斯涌出通道。通過(guò)對(duì)鉆孔的洗孔處理，鉆場(chǎng)抽采效果顯著提高。經(jīng)洗孔后，鉆場(chǎng)抽采平均濃度達(dá)25%～ 35%，平均純流量0.16～0.35m3/min，百孔純量0.22～0.48m3/min，純量較整改前提高8倍以上。隨著時(shí)間推移，鉆場(chǎng)抽采效果再次降低。二次洗孔處理后，鉆場(chǎng)抽采平均濃度15%～25%，平均純流量0.1～0.2m3/min，百孔純量0.14～ 0.28m3/min，純量較整改前提高5倍以上。

3.4 應(yīng)用新型自動(dòng)放水器，確保水放通

受8號(hào)層底板砂巖水因素影響，穿層鉆孔孔內(nèi)出水，造成井下抽采管路積水，如何解決抽采管路自動(dòng)放水，成為了礦井瓦斯抽采“精細(xì)化”管理上的一大難題。礦井不斷探索創(chuàng)新，研究出了新型自動(dòng)放水器，該放水器通過(guò)兩次負(fù)壓平衡實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放水功能，真正意義上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)放水。該放水器適用負(fù)壓范圍：0～-90kPa，自動(dòng)放水速度：5L/min（間歇放水）。866底抽巷抽采主管路低洼處及變坡點(diǎn)處安裝自動(dòng)放水器7個(gè)，永久合茬鉆場(chǎng)安裝自動(dòng)放水器22個(gè)，確保了穿層鉆孔的抽采效果。同時(shí)使用過(guò)程中，對(duì)放水器的進(jìn)水孔、配氣閥進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并加裝除渣裝置，實(shí)現(xiàn)了瓦斯抽采管路自動(dòng)放水、除渣“二合一”，確保了瓦斯抽采效果。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采提濃增量工藝的研究和優(yōu)化，實(shí)施了鉆沖一體高壓沖孔工藝、管注式封孔工藝、低流量鉆孔洗孔工藝及新型自動(dòng)放水工藝，有效解決了松軟、破碎及高地應(yīng)力下穿層鉆孔的塌孔、堵孔、漏氣、積水等問(wèn)題，切實(shí)提高了瓦斯抽采濃度和流量，做到了瓦斯抽采最大化，保證了瓦斯抽采效果，為松軟層下最大化提高穿層鉆孔預(yù)抽效果提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術(shù)[M].北京：中國(guó)工業(yè)出版社，2004.

[2]程遠(yuǎn)平.煤礦瓦斯防治理論與工程應(yīng)用[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

作者簡(jiǎn)介：

韓衛(wèi)忠，河南沈丘人，工程師，2010年畢業(yè)于河南城建學(xué)院安全工程專(zhuān)業(yè)，主要從事瓦斯治理等方面工作。