煤巷掘進(jìn)治理區(qū)域順層鉆孔不同封孔深度抽采效果的研究

盧鋒宇

摘 要：云煤一礦為煤與瓦斯突出的礦井，煤層瓦斯壓力和含量高，受封孔技術(shù)影響，抽采效果不理想。為改善封孔效果，結(jié)合該礦實(shí)際，本文采用礦井現(xiàn)用封孔工藝，進(jìn)行了兩種不同深度的封孔試驗(yàn)，確定出礦井煤巷掘進(jìn)治理區(qū)域順層鉆孔的封孔深度范圍介于24～30 m，保證了回采工作面消突和瓦斯抽放的有效時(shí)間。

關(guān)鍵詞：云煤一礦;封孔工藝;封孔深度;瓦斯抽放

中圖分類號：TD712.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0080-03

Study on Drainage Effect of Different Sealing Depths of Bedding

Drilling in Coal Roadway Driving and Control Area

LU Fengyu

（No. 1 Mine of Yungaishan Coal Mine， Henan Yongjin Energy Co.， Ltd.，Yuzhou Henan 461670）

Abstract： No. 1 Mine of Yungaishan Coal Mine is a coal and gas outburst mine， the coal seam gas pressure and content are high， and the drainage effect is not ideal due to the hole sealing technology. In order to improve the sealing effect， combining the actual situation of the mine， this paper adopted the existing sealing technology of the mine to carry out two different depth sealing tests， and determined that the sealing depth of the bedding boreholes in the mine coal roadway excavation treatment area was between 24 and 30 m， which ensured the effective time of eliminating outburst and gas drainage in the working face.

Keywords： No. 1 Mine of Yungaishan Coal Mine;sealing technology;sealing depth;gas drainage

目前，我國井下瓦斯治理的重要手段為抽采煤層瓦斯，井下較為常見的主要為順煤層瓦斯抽采，而封孔質(zhì)量的好壞對礦井瓦斯抽采的好壞起決定性作用并影響煤層瓦斯抽采效果[1-3]。我國大部分回采工作面順層鉆孔的預(yù)抽瓦斯?jié)舛鹊陀?0%，尤其是在瓦斯含量低、透氣性不好的煤層中，瓦斯抽采濃度往往低于10%，嚴(yán)重影響礦井抽采效果，阻礙煤礦安全生產(chǎn)。巷道掘進(jìn)完成后，存在泄壓松動(dòng)圈，如果鉆孔封孔深度處于松動(dòng)圈內(nèi)，瓦斯泄漏嚴(yán)重，瓦斯抽采濃度低，從而影響礦井抽采效果。因此，確定鉆孔封孔深度是保證瓦斯抽采效果的關(guān)鍵[4-5]。2019年10月26日至2019年12月10日，研究人員采用礦井現(xiàn)用封孔工藝，在云煤一礦22206運(yùn)輸順槽順層進(jìn)行了兩種不同深度的封孔試驗(yàn)，一種封孔深度為24 m（下稱普通封孔），一種封孔深度為30 m（下稱試驗(yàn)封孔）。經(jīng)過26 d的觀測，兩組鉆孔封孔情況和抽采參數(shù)觀測對比情況如下。

1 試驗(yàn)工程簡介

1.1 工作面概況

22206運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)前已經(jīng)進(jìn)行過穿層鉆孔配合水力沖孔增透技術(shù)條帶治理，穿層鉆孔控制煤巷輪廓線外兩側(cè)各20 m（見圖1），在22206運(yùn)輸順槽施工的順層抽放鉆孔封孔時(shí)無法判斷出“三帶”位置，若封孔深度較淺且處在卸壓區(qū)內(nèi)，在孔口負(fù)壓的作用下，鉆孔可通過巷道掘出后形成的松動(dòng)圈內(nèi)的宏觀裂隙與巷道空間形成回路從而出現(xiàn)連通漏氣。這就會導(dǎo)致巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸薅椴晒苈穬?nèi)瓦斯純量大幅降低。若封孔深度較深，不僅會浪費(fèi)封孔材料，還會導(dǎo)致從松動(dòng)區(qū)邊界到封孔段末端一帶的煤體瓦斯抽不出，從而形成抽采盲區(qū)，為礦井以后的生產(chǎn)、管理留下安全隱患。為此，開展不同深度的封孔試驗(yàn)，確定出礦井煤巷掘進(jìn)治理區(qū)域順層鉆孔封孔的合理位置。為了確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在22206運(yùn)輸順槽里程426～486 m煤層賦存穩(wěn)定的區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)，該區(qū)域平均煤厚為5 m，原始瓦斯含量為5.28 m3/t，原始瓦斯壓力為0 MPa。

1.2 工藝介紹

試驗(yàn)方法：采用抽采參數(shù)對比的方法（普通封孔一組，試驗(yàn)鉆孔一組）進(jìn)行對比，每組設(shè)置10個(gè)鉆孔，鉆孔間距為1.2 m。22206運(yùn)輸順槽掘進(jìn)前已進(jìn)行了瓦斯治理?xiàng)l帶預(yù)抽，控制巷道輪廓線兩幫各30 m。因受水力沖孔的影響，本次試驗(yàn)有封孔深度24 m和30 m兩種，采用兩堵一注帶壓封孔工藝，普通封孔深度為24 m，試驗(yàn)封孔深度為30 m。

1.2.1 普通封孔的操作流程。拔桿→下入[Φ]32 mm篩管→下入與鉆孔等長的篩管或前方煤體堵塞而無法下入篩管→拔出篩管24 m→使用32 mm變50 mm的變徑接頭與[Φ]50 mm封孔管連接→在[Φ]50 mm封孔管上固定第一道合成樹脂→下入[Φ]50 mm封孔管21 m→在[Φ]50 mm封孔管上固定第二道合成樹脂→封孔管全部下入鉆孔→和漿→注漿→封孔結(jié)束→黃泥固孔。

1.2.2 試驗(yàn)封孔的操作流程。拔桿→下入[Φ]32 mm篩管→下入與鉆孔等長的篩管或前方煤體堵塞而無法下入篩管→拔出篩管30 m→使用32 mm變50 mm的變徑接頭與[Φ]50 mm封孔管連接→在[Φ]50 mm封孔管上固定第一道合成樹脂→下入[Φ]50 mm封孔管27 m→在[Φ]50 mm封孔管上固定第二道合成樹脂→封孔管全部下入鉆孔→和漿→注漿→封孔結(jié)束→黃泥固孔。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 鉆孔封孔情況

下面結(jié)合22206運(yùn)輸順槽順層鉆孔，對試驗(yàn)地點(diǎn)情況進(jìn)行對比，鉆孔施工完成后，聯(lián)網(wǎng)抽放。兩組鉆孔的封孔情況如表1所示。

2.2 鉆孔抽放參數(shù)對比

2.2.1 鉆孔初抽濃度對比。鉆孔采用打一個(gè)、封一個(gè)、開抽一個(gè)、觀測一個(gè)的方法，鉆孔測定初抽濃度后記錄在檔，全部施工結(jié)束后，進(jìn)行初抽濃度對比，如圖2所示。

圖2顯示，試驗(yàn)封孔的初抽濃度最高值為94%，初抽濃度在80%以上的鉆孔有7個(gè);普通封孔的初抽濃度最高值為95%，初抽濃度在80%以上的鉆孔有6個(gè)。由此可見，試驗(yàn)封孔和普通封孔的初抽濃度基本一致。

2.2.2 組抽放濃度對比。全部鉆孔施工結(jié)束，規(guī)范聯(lián)網(wǎng)后，每天觀測一次，進(jìn)行組參數(shù)對比，觀測周期為26 d。抽采參數(shù)對比方式如下：因鉆孔施工時(shí)間不同，觀測期間存在抽放時(shí)間差異，采用累計(jì)抽放時(shí)間對比，即普通封孔聯(lián)網(wǎng)后第一天與試驗(yàn)封孔聯(lián)網(wǎng)后第一天進(jìn)行對比，以此類推。組抽放濃度對比如圖3所示。

圖4顯示，試驗(yàn)封孔的組抽放濃度最高值為62.2%，普通封孔的組抽放濃度最高值為60%，開抽前10 d內(nèi)變化大，無明顯的規(guī)律，從第11 d開始以后，試驗(yàn)封孔的組抽放濃度總體趨勢高于普通封孔，在抽放第26 d后試驗(yàn)封孔的抽放濃度仍保持在50%，普通封孔的抽放濃度下降到16.2%。由此可以看出，試驗(yàn)封孔比普通封孔抽放濃度衰減慢。

2.2.3 組抽放負(fù)壓、混合流量對比。通過圖4可以看出，試驗(yàn)封孔的負(fù)壓在14.1～22.9 kPa波動(dòng)，普通封孔的負(fù)壓在14.2～23.1 kPa波動(dòng)，對比發(fā)現(xiàn)，2組鉆孔抽放負(fù)壓基本一致。此外，試驗(yàn)封孔的組混合流量在0.041～0.144 m3/min波動(dòng)，普通封孔的組混合流量在0.099～0.226 m3/min波動(dòng)，由此可以看出普通封孔比試驗(yàn)封孔組混合流量較大，可能是距煤巷條帶治理區(qū)域較近，封孔深度較淺，發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

2.2.4 抽采量對比。通過表2可以看出，試驗(yàn)封孔比普通封孔的平均抽采量日增長20.9 m3，單孔平均抽采量日增長2.09 m3，鉆孔平均每米孔長日增長0.74 m3，試驗(yàn)封孔的累計(jì)抽采量是普通封孔的1.5倍。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過聯(lián)網(wǎng)抽放26 d后，試驗(yàn)封孔的組濃度保持在50%左右，普通封孔的組濃度衰減到16.2%，試驗(yàn)封孔比普通封孔抽放濃度衰減慢;在抽放10 d后，每日觀測的抽放純流量方面，試驗(yàn)封孔均大于普通封孔;試驗(yàn)封孔比普通封孔的平均抽采量日增長20.9 m3，單孔平均抽采量日增長2.09 m3，鉆孔平均每米孔長日增長0.74 m3，試驗(yàn)封孔的累計(jì)抽采量是普通封孔的1.5倍。

3 結(jié)語

由于22206運(yùn)輸順槽順層鉆孔封孔深度距穿層鉆孔條帶治理區(qū)域較近，在封孔深度為21 m和24 m時(shí)，整體瓦斯抽采濃度沒有達(dá)到抽采的最佳狀態(tài)，所以，確定鉆孔合理封孔深度的原則就是既要最大程度地抽出煤層中的瓦斯，又要有利于瓦斯抽采及煤層卸壓。換句話說，瓦斯抽采鉆孔合理封孔深度應(yīng)該超出巷道兩幫的卸壓帶或塑性區(qū)范圍，通過試驗(yàn)，確定出礦井煤巷掘進(jìn)治理區(qū)域順層鉆孔的封孔深度范圍介于24～30 m。

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