新景礦低位抽采巷下向穿層機(jī)械造穴技術(shù)

高 明 路 璐

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

目前底抽巷穿層水力造穴是新景公司在高突危險(xiǎn)性煤層的一項(xiàng)常規(guī)消突技術(shù)措施，原理是將煤層下部巖層作為安全屏障由底板巖巷向煤層打抽放鉆孔，并利用高壓水射流在突出煤層中沖出若干個(gè)直徑較大的孔洞[1]，同時(shí)排出一定量的破碎煤體及大量瓦斯氣體，在孔洞周圍形成一定范圍的卸壓區(qū)，提高區(qū)域內(nèi)煤體透氣性，達(dá)到消突目的[2]。

底抽巷穿層水力造穴措施雖能較好地實(shí)現(xiàn)消突效果，但需在煤層下部施工底抽巖石巷，大大增加了工程投入，且煤巷的掘進(jìn)效率受到了底抽巷施工進(jìn)度的限制。為達(dá)到“一通三防”降成本工作要求，新景公司在15#煤15124 走向巖石低位抽采巷試驗(yàn)下向穿層機(jī)械造穴技術(shù)，從而代替底板抽采巷，減少巖巷工程量，提高佛洼15#突出煤層掘進(jìn)效率，并為下一步推廣應(yīng)用下向穿層機(jī)械造穴技術(shù)積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 工程背景

施工地點(diǎn)為15124 低位抽采巷掘進(jìn)工作面，位于15#煤佛洼采區(qū)北翼西部。工作面煤層賦存較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，屬中灰、中硫的優(yōu)質(zhì)無煙煤，煤層平均厚度5.08 m，15#煤下部隔著平均厚度1.49 m的夾石層發(fā)育有15#下煤。

15124 低抽巷布置于距15#煤層頂板8 m 左右的層位中，沿K2 石灰?guī)r中部的泥巖由南向北掘進(jìn)，巖層傾角2°～7°，巷道設(shè)計(jì)長度2 086.24 m。在15124 低位抽采巷施工下向造穴鉆孔目的是保護(hù)15124 回風(fēng)巷煤巷掘進(jìn)。

15124 回風(fēng)巷沿15#煤層頂板布置，采用見頂見底掘進(jìn)方式，巷道設(shè)計(jì)長度2 055.26 m，巷道斷面為矩形，凈寬5 m，凈高5 m，凈斷面25 m2，低位抽采巷與回風(fēng)巷水平間距為15 m。

2 下向穿層鉆孔設(shè)計(jì)方案

15124 低位抽采巷口往里210 m 處開始下向造穴孔施工區(qū)段，單組設(shè)計(jì)7 個(gè)鉆孔（2#、3#、4#、5#為造穴孔，其余為普通抽采鉆孔），鉆孔組間距5 m，最長鉆孔43.8 m，最短鉆孔13.8 m，每組鉆孔工程量為172.2 m，設(shè)計(jì)鉆孔終孔保護(hù)順層條帶下輪廓線左右15 m 范圍，施工試驗(yàn)組10 組。

由于15#煤與15#下煤中間有夾矸（均厚1.49 m），故實(shí)際鉆孔深度以穿透15#下煤進(jìn)入底板0.5 m 為準(zhǔn)。鉆孔施工設(shè)計(jì)如圖1，鉆孔位置參數(shù)見表1。

圖1 鉆孔布置設(shè)計(jì)圖

表1 鉆孔位置參數(shù)表

3 下向穿層機(jī)械造穴工藝及裝備

3.1 試驗(yàn)裝備

采用鉆機(jī)型號(hào)為ZDY10000LPS 機(jī)械式煤層造穴卸壓裝置，鉆桿為直徑89 mm 的三翼鉆桿，鉆頭為直徑133 mm（擴(kuò)孔直徑550 mm）的自動(dòng)開合式擴(kuò)孔鉆頭，如圖2。

圖2 鉆機(jī)實(shí)物圖

3.2 工藝流程

（1）機(jī)械水刀開合試驗(yàn)

作業(yè)前，為保證裝置的可靠使用，應(yīng)在孔口進(jìn)行刀臂開合試驗(yàn)。開機(jī)后調(diào)整清水泵站使用壓力，使水壓逐漸升高，觀察刀臂開始打開時(shí)的壓力以及完全打開時(shí)水壓（正常打開時(shí)泵站壓力為1.5～2 MPa），保證機(jī)械刀臂開合正常后方可開始施工。

（2）打鉆作業(yè)

① 正常打鉆時(shí)采用高低壓轉(zhuǎn)換接頭連接鉆頭和鉆桿，將清水泵站壓力調(diào)至慢1 或慢2 檔；

② 依次啟動(dòng)泵站和鉆機(jī)，待孔口返水正常后開始鉆進(jìn)，直至打完一根鉆桿[3]；

③ 依次停鉆、停泵，手動(dòng)卸下高低壓轉(zhuǎn)換接頭，并加接鉆桿（嚴(yán)禁動(dòng)力頭反向旋轉(zhuǎn)，防止造成掉桿）；

④ 重復(fù)步驟①和②，直至正常打鉆作業(yè)完畢。

（3）造穴作業(yè)

① 使用自動(dòng)開合式機(jī)械擴(kuò)孔裝置連接鉆頭和鉆桿，鉆孔施工至開始穿煤層（15#煤）前按照正常打鉆作業(yè)操作流程，通過鉆孔返水顏色和旋轉(zhuǎn)壓力確定進(jìn)入煤層，開始按照設(shè)計(jì)造穴的鉆孔進(jìn)行機(jī)械造穴作業(yè)（2#、3#、4#、5#為造穴孔，需對15#煤穿層造穴）；

② 確定穿層鉆進(jìn)至需擴(kuò)孔造穴的煤層時(shí)，停止推進(jìn)，保持動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)，將泵站檔位調(diào)整至快2 檔（泵站壓力為3～4 MPa），待刀臂完全打開，待孔口返水正常后開始緩慢推進(jìn)（擴(kuò)孔時(shí)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)壓力為5～10 MPa）；

③ 重復(fù)加桿作業(yè)，直至機(jī)械水刀穿過15#煤層（鉆孔返水由黑色變?yōu)榘咨?，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)壓力增大）。

（4）鉆孔排渣除水作業(yè)

① 鉆孔按設(shè)計(jì)要求施工完畢后，先用高壓水進(jìn)行返水排渣，將泵站檔位調(diào)整至快2 檔最大流量，啟動(dòng)泵站、鉆機(jī)，待孔內(nèi)返水正常后，將鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)手柄打至“正轉(zhuǎn)”位，沖洗鉆孔直至返水變清為止；

② 停機(jī)停泵后，將高壓風(fēng)管與鉆機(jī)高壓旋轉(zhuǎn)接頭連接，通過壓風(fēng)進(jìn)行排水除渣，直至孔內(nèi)積水和煤渣返出量很少為止；

③ 排水除渣作業(yè)完畢時(shí)，退出自動(dòng)開合式機(jī)械擴(kuò)孔裝置，鉆孔施工完畢。

4 抽采效果

鉆孔施工10 組后，對試驗(yàn)鉆孔采用“一堵一注”水泥砂漿封孔工藝，封孔深度1～9 m。封好鉆孔后先用堵頭將孔口堵好，待注入水泥漿凝固24 h 后連接抽放。每組鉆孔安裝一個(gè)放水集氣裝置，并安設(shè)導(dǎo)流管，用于測定抽采流量、負(fù)壓、濃度等參數(shù)[4]。對試驗(yàn)階段的10 組共70 個(gè)鉆孔的瓦斯抽采情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，累計(jì)抽采45 d 后，經(jīng)過分析統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主管抽采濃度35.4%～48.2%，平均為41.6%，抽采純量為1.76～2.62 m3/min，平均為2.21 m3/min。鉆孔抽采濃度及純量情況如圖3。

圖3 鉆孔抽采濃度及純量

5 結(jié)論

（1）結(jié)合新景公司15#煤層地質(zhì)情況及工程實(shí)際，研究制定了15124 低位抽采巷下向造穴鉆孔施工方案，以保護(hù)下覆煤層回風(fēng)巷左右15 m 范圍，實(shí)現(xiàn)區(qū)域消突卸壓，保障礦井安全生產(chǎn)的目的。

（2）采用大扭矩機(jī)械式煤層造穴鉆機(jī)搭配開合式擴(kuò)孔鉆頭，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)總結(jié)出一套適合現(xiàn)場實(shí)際、安全可靠的施工工藝流程。

（3）通過對試驗(yàn)鉆孔抽采濃度分析匯總，主管抽采濃度達(dá)到41.6%，瓦斯抽采量達(dá)到2.21 m3/min，抽采效果良好。下向造穴技術(shù)為礦井提高銜接水平，實(shí)現(xiàn)降本提效積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。