下行抽采鉆孔排渣及排水技術(shù)研究與應(yīng)用

王鋒偉

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司 一礦，河南 平頂山 467000)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員為排出孔底積渣提出和實(shí)踐了很多措施。工程上常用加長(zhǎng)孔深的辦法預(yù)留鉆渣占用空間，增加鉆孔深度，對(duì)于松軟煤層，殘留鉆屑量較大，且鉆屑會(huì)隨著鉆孔深度增加而顯著增大，雖然加大了鉆孔工作量，但效果并不明顯；積渣過(guò)多封孔器不能下放到設(shè)計(jì)位置時(shí)，就需要使用鉆機(jī)二次鉆孔，增加了現(xiàn)場(chǎng)工作量。

國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者針對(duì)如何清除孔底積渣這一課題進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。如，伍清等[1-3]利用磁鐵粉這種重介質(zhì)懸浮液作為排渣介質(zhì)，在一定程度上排出鉆渣，但懸浮液需要專(zhuān)門(mén)配置，使用中要及時(shí)回收利用，工藝較為復(fù)雜。楊虎偉等[4-5]提出高轉(zhuǎn)速壓風(fēng)—螺旋復(fù)合排渣技術(shù)。韓曉明等[6-8]針對(duì)松軟突出煤層氣力排渣工藝進(jìn)行了研究，優(yōu)化了鉆桿結(jié)構(gòu)和排渣工藝參數(shù)。付孟雄等[9-11]對(duì)小孔徑巷道底板錨固孔排渣機(jī)理進(jìn)行研究，分析排渣影響因素、找到最佳排渣工藝參數(shù)。袁志堅(jiān)[12]研究了氣舉反循環(huán)鉆進(jìn)技術(shù)在煤礦瓦斯抽排井中的應(yīng)用問(wèn)題，取得較好效果，但存在如下問(wèn)題：①鉆孔施工過(guò)程中形成的鉆渣不能有效排出鉆孔，鉆渣沉積在鉆孔底部，減少了鉆孔煤段長(zhǎng)度，甚至完全堵死煤段鉆孔；②鉆孔施工過(guò)程中一般采用水排渣降溫，鉆孔成孔后，孔內(nèi)積水不能完全清除，影響鉆孔封孔效果；③鉆孔在抽采鉆孔中沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的排水裝置，孔內(nèi)積水較多，封堵了瓦斯流動(dòng)通道，影響瓦斯抽采效果。

許多學(xué)者從排渣機(jī)理、影響因素、排渣工藝及工藝參數(shù)等方面獲得了大量的研究成果，但主要是以普通鉆孔為研究對(duì)象開(kāi)展的理論與試驗(yàn)研究，而針對(duì)下行瓦斯抽采鉆孔排渣與排水技術(shù)的研究較少。特別是受到巖渣、煤渣、積水重力作用的影響，下行穿層抽采鉆孔在排渣和排水時(shí)更加困難。因此，急需開(kāi)展下行瓦斯抽采鉆孔的排渣和排水技術(shù)研究，研發(fā)出快捷有效的排水裝置及簡(jiǎn)單方便的工藝體系，從而能夠有效保障下行抽采鉆孔的瓦斯抽采濃度，并確保瓦斯治理的良好效果。

1 下行穿層鉆孔排水技術(shù)研究現(xiàn)狀

(1)封孔前排水技術(shù)。下行穿層鉆孔在鉆頭達(dá)到預(yù)定深度停止鉆孔，退出鉆頭、鉆桿后，由于采用水排粉工藝，在鉆孔內(nèi)留有大量積水，若不排出孔外，則影響下一步的封孔質(zhì)量，繼而影響瓦斯抽采效果。在鉆孔結(jié)束、未完全拔出鉆桿前，在孔口的鉆桿上固定一密封部件，在孔內(nèi)形成一封閉空間，再向孔內(nèi)通入壓縮空氣，利用鉆桿內(nèi)部的中心孔來(lái)排出孔內(nèi)積水。

(2)封孔后排水技術(shù)。對(duì)于抽采中的下行鉆孔，由于巖石與煤體含水，鉆孔抽采一段時(shí)間后，孔內(nèi)就會(huì)集聚較多的積水，導(dǎo)致瓦斯抽采效果下降。為解決該問(wèn)題，國(guó)內(nèi)眾多煤炭生產(chǎn)和研究單位采用了大量的辦法來(lái)予以解決，有以下2類(lèi)方式：①正壓排水法。利用密封裝置在孔內(nèi)形成封閉空間，向孔內(nèi)插入一排水管直到孔底，再向孔內(nèi)通入壓縮空氣，在封閉空間內(nèi)形成正壓，把積水排出孔外。②負(fù)壓吸水法。安徽理工大學(xué)的秦汝祥等設(shè)計(jì)了一種抽壓混合式瓦斯抽采下向鉆孔排水裝置，裝置由射流泵、連接軟管、壓風(fēng)管、瓦斯抽采管、排水管和球閥等組成。利用文丘里射流泵形成的負(fù)壓排水，以壓風(fēng)在鉆孔形成的正壓為輔，在排水管兩端形成抽和壓雙重動(dòng)力排水，保持鉆孔內(nèi)低正壓環(huán)境，減少鉆孔積水受壓進(jìn)入巖體裂隙，避免積水停排反滲。需要時(shí)，可關(guān)閉球閥，降低鉆孔內(nèi)壓力狀態(tài)，直接利用射流泵單獨(dú)排水，將鉆孔周?chē)鷰r體內(nèi)反滲的水排出。

2 施工現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

2.1 施工現(xiàn)狀

目前，平煤股份一礦施工抽采鉆孔由勘探工程處所屬各打鉆工區(qū)完成，普遍應(yīng)用高位巷下行穿層鉆孔水排渣施工技術(shù)，施工技術(shù)與裝備情況現(xiàn)狀如下。

(1)鉆機(jī)。打鉆工區(qū)采用最多的是轉(zhuǎn)矩3 200 N·m以上的鉆機(jī)，電機(jī)功率在55 kW以上。其中，在巖石巷道采用鉆車(chē)施工穿層鉆孔的比例較大，鉆車(chē)為煤礦用全液壓坑道無(wú)級(jí)調(diào)速鉆車(chē)。

(2)鉆頭與鉆桿。目前各打鉆工區(qū)所施工的穿層鉆孔大多采用φ89 mm 的PDC(聚晶金剛石復(fù)合片)鉆頭，該鉆頭適用于煤礦巷道中硬巖層施工，強(qiáng)度高，耐磨系數(shù)高。與φ89 mm 的PDC金剛石鉆頭配套的鉆桿為φ73 mm三棱凹槽鉆桿，三棱鉆桿廣泛應(yīng)用于煤礦坑道中硬巖層和煤巖的深孔探水、瓦斯抽采鉆孔施工。該鉆桿采用整體式結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)，該鉆桿的3個(gè)棱邊在鉆桿與鉆孔壁之間形成了3個(gè)半圓形空間，擴(kuò)大了排出煤渣和瓦斯的通道，同時(shí)將孔內(nèi)的煤渣持續(xù)攪動(dòng)起來(lái)，使鉆孔內(nèi)鉆渣圍繞鉆桿做軸向運(yùn)動(dòng)，并使鉆渣得到粉碎和揚(yáng)起，減小鉆渣顆粒的大小，使之處于懸浮狀態(tài)，不出現(xiàn)沉淀、堆積，起到輔助排渣的作用。

(3)供水管路基本情況。巷道供水壓力在2.0 MPa左右，鉆機(jī)供水管路內(nèi)徑25 mm、流速2 m/s。但水壓、流速、流量等參數(shù)受井下供水管路影響較大。

(4)鉆孔布置與深度。根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，鉆孔沿巷道方向，靠巷道一側(cè)，每隔一定距離設(shè)置1組鉆孔，鉆孔布置如圖1所示。高位巷一般在煤層上方15 m左右，鉆孔在穿過(guò)煤層后再鉆2 m，用于沉積排不盡的鉆渣。

圖1 高位巷下行穿層鉆孔布置示意Fig.1 Schematic diagram of borehole layout for downward crossing of high level roadway

(5)鉆孔過(guò)程。施工人員按照預(yù)定鉆孔位置進(jìn)行鉆孔時(shí)，沖洗液為壓力2 MPa的高壓水，輸水管內(nèi)徑25 mm，鉆渣基本能夠順利的排出孔外。但若水壓不穩(wěn)定時(shí)，尤其是2臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)開(kāi)鉆時(shí)，會(huì)出現(xiàn)排渣困難的現(xiàn)象。在鉆孔達(dá)到預(yù)定深度，繼續(xù)通入高壓水排除孔內(nèi)鉆渣，當(dāng)沖洗液變清，不再有鉆渣流出時(shí)，就開(kāi)始退出鉆具，完成鉆孔。

2.2 存在問(wèn)題

高位巷下行穿層鉆孔水排粉技術(shù)在施工過(guò)程中存在的主要問(wèn)題：①鉆孔時(shí)，為了積沉排不盡的巖渣，穿過(guò)煤層后需要多打2 m孔深。為排盡鉆渣，每打完一根鉆桿需要上下多次拉動(dòng)鉆桿排渣，這浪費(fèi)較多的時(shí)間和高壓水。②在鉆孔完畢、退出鉆桿和鉆頭的過(guò)程中，鉆頭和鉆桿通過(guò)煤層或巖石破碎帶時(shí)，會(huì)碰落煤渣或巖渣，造成孔內(nèi)積渣增多，嚴(yán)重時(shí)堵塞鉆孔。③由于巖石與煤體含水及沖洗液排渣，抽出鉆桿后，孔內(nèi)有大量積水無(wú)法排出。④在孔口附近存在大量的巖石裂隙，對(duì)成孔后的排水工作產(chǎn)生不利影響。

3 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線(xiàn)

(1)研究?jī)?nèi)容。①下行抽采鉆孔成孔后排渣工藝和裝置研制；②下行抽采鉆孔封孔前排水工藝和裝置研制；③下行抽采鉆孔抽采過(guò)程中手動(dòng)排水工藝和裝置研制；④下行抽采鉆孔排水現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與效果考查；⑤制定下行抽采鉆孔排渣排水技術(shù)規(guī)范。

(2)技術(shù)路線(xiàn)。技術(shù)路線(xiàn)如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線(xiàn)Fig.2 Technology route

4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

(1)運(yùn)用氣舉反循環(huán)原理，研制了下行抽采鉆孔氣舉反循環(huán)排渣裝置，成功排出成孔后懸浮在以及沉積在鉆孔內(nèi)的鉆屑，進(jìn)而提高了封孔深度和瓦斯抽采效率，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

(2)針對(duì)在裂隙發(fā)育的巖體上鉆孔的客觀實(shí)際，研制了潛入式排水器，克服了由于裂隙存在不能在孔內(nèi)形成正壓、無(wú)法排水的難題，在排出鉆孔積水的同時(shí)，還能排出部分鉆渣。

5 氣舉反循環(huán)排渣裝置

向下施工穿層鉆孔時(shí)，鉆渣隨著螺旋鉆桿和沖洗液沖出鉆孔。鉆孔完畢抽出鉆桿后，懸浮在鉆孔沖洗液中的鉆渣和孔壁上的松動(dòng)巖石塊極易落在孔底，形成積渣。鉆孔內(nèi)的積渣過(guò)多，抽采管不能下至指定位置，導(dǎo)致封孔效果不好；抽采過(guò)程中，在抽采負(fù)壓作用下，積渣還易堵塞抽采管上的篩孔，阻礙瓦斯遷移，降低了瓦斯抽采效果。氣舉反循環(huán)清渣是通過(guò)充氣管將壓縮空氣送入排渣管內(nèi)，壓縮空氣在排渣管內(nèi)與沖洗液混合，形成低密度氣液混合物，氣泡由于上升過(guò)程中圍壓減小而膨脹，密度繼續(xù)減小，排渣管內(nèi)外形成壓差，在壓差的作用下，沖洗液向上流動(dòng)，帶動(dòng)靠近排渣管口的積渣，沿著排渣管運(yùn)動(dòng)到孔口，從而清除了孔底積渣。

5.1 氣舉反循環(huán)排渣機(jī)理

氣舉技術(shù)原應(yīng)用于地質(zhì)采油工程中，當(dāng)?shù)貙庸┙o的能量不足以把原油從井底舉升到地面時(shí)，人為地把氣體壓入井底，與原油在井筒中混合，利用氣體膨脹使井筒中的混合液密度降低，將井內(nèi)原油舉升到地面的一種技術(shù)。反循環(huán)是指沖洗液從鉆孔孔口流入孔底，經(jīng)排渣管底部進(jìn)入，依靠氣舉升力從排渣管頂部排出，經(jīng)過(guò)濾沉淀后再進(jìn)入鉆孔的循環(huán)，與正循環(huán)液體流動(dòng)方向正好相反(圖3)。

圖3 正反循環(huán)液體流動(dòng)示意Fig.3 Schematic diagram of positive and negative circulation liquid flow

排渣是指利用流動(dòng)沖洗液的動(dòng)能卷起鉆孔底部的固體沉渣，隨著沖洗液向上方循環(huán)流動(dòng)，隨著沖洗液被帶出鉆孔，從而將孔底沉渣清理干凈的過(guò)程。氣舉反循環(huán)排渣是我國(guó)20世紀(jì)90年代引進(jìn)推廣的技術(shù)，該技術(shù)在建筑工地樁基孔的鉆進(jìn)和二次清孔中得到了大量應(yīng)用。通過(guò)充氣管將壓縮空氣送入排渣管內(nèi)，壓縮空氣在排渣管內(nèi)與沖洗液混合，形成低密度氣液混合物，氣泡由于上升過(guò)程中圍壓減小而膨脹，密度繼續(xù)減小，排渣管內(nèi)外形成壓差，在壓差的作用下，沖洗液向上流動(dòng)，帶動(dòng)靠近排渣管口的積渣，沿著排渣管運(yùn)動(dòng)到孔口，從而清除了孔底積渣。

5.2 氣舉反循環(huán)排渣裝置運(yùn)行參數(shù)選擇

排渣管孔口距離積渣的距離(L)、風(fēng)壓(P)、氣柱長(zhǎng)度(H)、風(fēng)量(Q)是氣舉反循環(huán)清渣裝置運(yùn)行的重要參數(shù)，必須認(rèn)真計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際合理選擇。

(1)排渣管孔口距離積渣的距離(L)：排渣管底部孔口距離積渣面的距離。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在300～400 mm時(shí)，排渣效果較好，距離過(guò)大，過(guò)小均影響積渣順暢的進(jìn)入排渣管。這就要求在排渣過(guò)程中，隨著積渣的減少，要及時(shí)調(diào)整排渣管口距離積渣面的位置，保持適當(dāng)?shù)木嚯x。

(2) 風(fēng)壓(P)：是指供氣管路提供的壓縮空氣的壓力。主要與鉆孔的垂直深度和沖洗液密度和管道阻力有關(guān)，一般可按式(1)計(jì)算:

P=h×γ/100 +ΔP

(1)

式中，h為下行鉆孔的垂直深度；γ為沖洗液密度，采用清水作為沖洗液取；ΔP為供風(fēng)管道壓力損失。

煤層上部布置高位巷距離煤層的垂直高度，取15 m左右，加上煤層厚度3 m，預(yù)留的積渣深度2 m左右。一般下行鉆孔的垂直深度h約為20 m。風(fēng)壓P=0.3 MPa。經(jīng)施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定供風(fēng)風(fēng)壓達(dá)0.4 MPa 以上，氣舉反循環(huán)清渣工作可正常進(jìn)行，實(shí)際操作控制在0.4～0.6 MPa，均能起到較好的排渣效果。

(3)氣柱長(zhǎng)度(H)：即壓縮氣體進(jìn)入排渣管的位置到孔口的垂直距離。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般為實(shí)際孔深的0.8倍左右。因下行鉆孔的垂直深度約20 m，充氣管接口在排渣管上的位置一般距離排渣管底部3～4 m，以保證排渣效果。

(4)風(fēng)量(Q)：是指單位時(shí)間內(nèi)供氣管路提供的壓縮空氣的體積。風(fēng)量主要控制排渣管內(nèi)沖洗液的流速。為避免排渣管內(nèi)沖洗液流速過(guò)大，上返流速：

V≤0.17×[(D/d)2-1]

(2)

式中，D為下行鉆孔孔徑；d為排渣管內(nèi)徑。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得出，V≤0.67 m/s。

風(fēng)量可按Q=0.3d2V計(jì)算，Q=0.02 m3/min。

5.3 下行鉆孔封孔前排水裝置—潛入式排水器

5.3.1 裝置概述

下行穿層鉆孔在鉆頭達(dá)到預(yù)定深度停止鉆孔，退出鉆頭鉆桿后，由于采用水排粉工藝，在鉆孔內(nèi)留有大量積水，若不排出孔外，則嚴(yán)重影響封孔質(zhì)量，繼而影響瓦斯抽采效果。

(1)裝置特點(diǎn)。潛入式排水器在排水過(guò)程中，孔內(nèi)積水進(jìn)入筒體內(nèi)后，向筒體內(nèi)通入壓縮空氣，單向?qū)ㄩy關(guān)閉，筒體內(nèi)形成封閉空間，在壓縮空氣的作用下，筒體內(nèi)的積水通過(guò)排水管排到孔外?？朔算@孔孔壁存在裂隙，不能在孔內(nèi)形成正壓排除積水的現(xiàn)狀，有效提高了排水效果。

(2)主要用途和適用范圍。適用于下行鉆孔排出孔內(nèi)積水之用，尤其是鉆孔孔壁有裂隙，不能采用正壓排水的下行鉆孔。

5.3.2 裝置主要技術(shù)參數(shù)

裝置主要技術(shù)參數(shù):筒體長(zhǎng)為1 000 mm，筒體直徑為76 mm，排水管外徑為16 mm，進(jìn)排氣管外徑為8 mm，1個(gè)循環(huán)排水量位4 L。

5.3.3 裝置組成與工作原理

(1)裝置組成。潛入式排水器主要由濾網(wǎng)、單向閥、筒體、快插、壓風(fēng)進(jìn)氣管、三通閥等零部件組成。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 潛入式排水器結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Structural diagram of submerged drainer

(2)工作原理。在排水器插入孔底的過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥手柄，保證筒體內(nèi)部的空氣能通過(guò)排氣管排出?？變?nèi)積水通過(guò)底部單向閥進(jìn)入筒體內(nèi)部，水只能從外部經(jīng)此處進(jìn)入筒體，不能從此處流出。當(dāng)排氣管不再排氣后，表示筒體注滿(mǎn)積水，轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥手柄，向筒體內(nèi)通入壓縮空氣，此時(shí)，孔底單向?qū)ㄩy關(guān)閉，排水管管口位于筒底部，液面以下，筒體內(nèi)形成一封閉空間，在壓縮空氣的作用下，筒體內(nèi)的的積水通過(guò)排水管排到孔外。當(dāng)排水管不再出水，噴出氣體時(shí)，筒體內(nèi)積水就基本排除完畢。停止供氣，轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥手柄，進(jìn)、排氣管處于排氣狀態(tài)，在外部水壓的作用下，積水通過(guò)單向?qū)ㄩy進(jìn)入筒體，同時(shí)，筒體內(nèi)的空氣通過(guò)排氣管排到孔外。至此完成一個(gè)排水、進(jìn)水循環(huán)。重復(fù)上述循環(huán)，就排出了孔內(nèi)積水。

6 試驗(yàn)分析

6.1 工作面概況

平煤股份一礦戊8-31220工作面位于三水平下延戊一上山采區(qū)西翼上部第一個(gè)工作面，東起三水平下延戊一上山采區(qū)軌道、膠帶、回風(fēng)3條下山，西鄰三水平戊二采區(qū)3條下山，南鄰三水平戊一下延采區(qū)戊8-31200采面，北鄰三水平下延戊一上山采區(qū)戊8-31240工作面。工作面標(biāo)高為-729～-839 m。地面標(biāo)高為+141～+200 m，埋深870～1 039 m。工作面圈定區(qū)域?yàn)樵?，與其他工作面不存在壓茬關(guān)系。工作面運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷呈平行布置，運(yùn)輸巷頂板抽采巷與運(yùn)輸巷中—中外錯(cuò)22 m，布置在距戊8煤層頂板以上10 m的穩(wěn)定巖層中?；仫L(fēng)巷布置在戊8-31200運(yùn)輸巷以北，中—中外錯(cuò)10 m，回風(fēng)巷頂板抽采巷與回風(fēng)巷中—中內(nèi)錯(cuò)20 m，布置在距戊8煤層頂板以上10 m的穩(wěn)定巖層中。切眼頂板抽采巷與切眼中—中內(nèi)錯(cuò)10 m，布置在距戊8煤層頂板以上10 m的穩(wěn)定巖層中。

該工作面總工程量6 715.37 m，其中運(yùn)輸巷片盤(pán)車(chē)場(chǎng)389.64 m，回風(fēng)巷片盤(pán)車(chē)場(chǎng)300.15 m；運(yùn)輸巷頂板瓦斯抽采巷1 427.49 m，切眼頂板瓦斯抽采巷184.00 m，回風(fēng)巷頂板瓦斯抽采巷1 391.73 m；采面運(yùn)輸巷1 413.46 m，切眼182.25 m(中對(duì)中)，回風(fēng)巷1 426.65 m?？刹勺呦蜷L(zhǎng)度1 340 m，采長(zhǎng)177 m，采高2.0 m。可采儲(chǔ)量69.8萬(wàn)t。該工作面沿戊8煤層施工，戊8煤層厚度1.8～2.5 m，平均2.0 m，煤層中含有1層夾矸，厚度為0.1～0.4 m。煤層傾角12°～16°，平均14°。直接頂為灰及深灰色泥巖，塊狀，含植物化石，厚4.5～7.5 m，直接頂跨落距為15～20 m?；卷敒榛野咨\灰色細(xì)—中粒石英砂巖，堅(jiān)硬，厚4.5～14.5 m；直接底為灰及深灰色泥巖，底部為砂質(zhì)泥巖，厚10.7～15.4 m；基本底為灰及深灰色中粒砂巖，局部夾有泥巖，厚10.5～18.5 m。

6.2 試驗(yàn)過(guò)程

(1)試驗(yàn)鉆孔。2020年5—7月，累計(jì)在平煤股份一礦戊8-31220運(yùn)輸巷高抽巷選取50個(gè)試驗(yàn)鉆孔進(jìn)行排渣排水試驗(yàn)，主要考察抽采鉆孔封孔前排渣、排水效果以及抽采過(guò)程中排水前后瓦斯抽采效果。鉆孔組號(hào)為264號(hào)—305號(hào)，并在其中選取11個(gè)鉆孔作為對(duì)比鉆孔。對(duì)比鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，試驗(yàn)鉆孔、對(duì)比鉆孔相對(duì)位置如圖5所示。

表1 對(duì)比鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Comparison of drilling design parameters

圖5 試驗(yàn)鉆孔與對(duì)比鉆孔相對(duì)位置平面Fig.5 Plan view of relative position of test borehole and comparison borehole

(2)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝過(guò)程。①鉆孔施工完畢后，利用氣舉反循環(huán)排渣裝置進(jìn)行排渣，并記錄排渣前后的鉆孔深度、鉆渣粒度等；②排渣完畢后，利用潛入式排水器進(jìn)行排水，直至潛入式下降到排渣后的鉆孔深度位置，排凈孔內(nèi)積水；③鉆孔排水完畢后，立刻采用兩堵一注封孔方法進(jìn)行封孔；④鉆孔封孔完畢后，在孔口加裝正壓排水器，聯(lián)網(wǎng)抽采；⑤在抽采過(guò)程中，定期測(cè)量排水前后鉆孔孔口瓦斯?jié)舛取?/p>

6.3 試驗(yàn)效果分析

排渣效果：①鉆渣粒度大小?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)表明，排渣過(guò)程中排出鉆渣粒徑大多在0.5～10.0 mm，以小顆粒狀為主。②鉆孔深度變化。排渣前后，試驗(yàn)鉆孔的深度變化見(jiàn)表2 。

由表2可知，①氣舉反循環(huán)排渣后，50個(gè)試驗(yàn)鉆孔的孔深全部增加，鉆孔深度增加2～15 m，平均增加5.78 m，鉆孔增加深度占設(shè)計(jì)孔深的8.1%～38.5%，平均增加17.3%；②氣舉反循環(huán)排渣裝置可有效排出下行抽采鉆孔孔內(nèi)鉆渣。

表2 試驗(yàn)鉆孔排渣前后鉆孔深度Tab.2 Drilling depth before and after slag removal of test drilling

7 排水效果

試驗(yàn)鉆孔孔口安裝正壓排水器后，定期排水，并測(cè)定排水前后孔口瓦斯?jié)舛?。因采用壓縮空氣排出孔內(nèi)積水，為保證測(cè)量準(zhǔn)確度，排水后再次測(cè)量孔口瓦斯?jié)舛鹊臅r(shí)間，應(yīng)不小于30 min。測(cè)定結(jié)果如圖6所示。

圖6 試驗(yàn)鉆孔排水前后孔口瓦斯?jié)舛茸兓?guī)律Fig.6 Variation law of gas concentration at orifice before and after drainage of test borehole

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，計(jì)算50個(gè)試驗(yàn)鉆孔排水前后孔口平均瓦斯?jié)舛?表3)，排水前孔口平均瓦斯?jié)舛葹?0.8%，排水后孔口平均瓦斯?jié)舛葹?9.5%，在觀測(cè)周期內(nèi)，孔口平均瓦斯?jié)舛忍嵘?0.67%。

表3 試驗(yàn)鉆孔排水前后孔口平均瓦斯?jié)舛萒ab.3 Average gas concentration at orifices before and after drainage of test boreholes

試驗(yàn)鉆孔排水前后孔口平均瓦斯?jié)舛茸兓?guī)律如圖7所示。

圖7 試驗(yàn)鉆孔排水前后孔口平均瓦斯?jié)舛茸兓?guī)律Fig.7 Variation law of average gas concentration at orifice before and after drainage of test borehole

8 結(jié)論

針對(duì)平煤股份一礦下行穿層抽采鉆孔施工過(guò)程中存在的鉆渣和積水問(wèn)題以及抽采過(guò)程中的鉆孔積水問(wèn)題，通過(guò)瓦斯抽采效果影響因素分析，以氣舉反循環(huán)排渣技術(shù)為核心，設(shè)計(jì)研發(fā)了下行抽采鉆孔封孔前排渣裝置—?dú)馀e反循環(huán)排渣裝置、封孔前排水裝置—潛入式排水器、抽采過(guò)程中排水裝置—正壓排水器，形成了一整套下行抽采鉆孔排渣排水技術(shù)和裝備，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)應(yīng)用，顯著提升了下行穿層鉆孔瓦斯抽采效果，試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

(1)影響下行穿層抽采鉆孔抽采效果的主要因素：①鉆孔施工過(guò)程中形成的鉆渣不能有效排出鉆孔，鉆渣沉積在鉆孔底部，減少了鉆孔煤段長(zhǎng)度，甚至完全堵死煤段鉆孔；②鉆孔施工過(guò)程中一般采用水排渣降溫，鉆孔成孔后，孔內(nèi)積水不能完全清除，影響鉆孔封孔效果；③鉆孔在抽采鉆孔中沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的排水裝置，孔內(nèi)積水較多，封堵了瓦斯流動(dòng)通道，影響瓦斯抽采效果。

(2)氣舉反循環(huán)排渣后，試驗(yàn)鉆孔深度增加2～15 m，平均增加5.78 m；鉆孔增加深度占設(shè)計(jì)孔深的8.1%～38.5%，平均增加17.3%。氣舉反循環(huán)排渣裝置可有效排出下行抽采鉆孔孔內(nèi)鉆渣，在提升下行抽采鉆孔瓦斯抽采效果方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

(3)試驗(yàn)鉆孔采用研制的下行抽采鉆孔排渣排水成套技術(shù)，排水前孔口平均瓦斯?jié)舛葹?0.8%，排水后孔口平均瓦斯?jié)舛葹?9.5%，在觀測(cè)周期內(nèi)，孔口平均瓦斯?jié)舛忍嵘?0.67%，瓦斯抽采效果提升明顯。

(4)對(duì)比鉆孔未采用研制的下行抽采鉆孔排渣排水成套技術(shù)，排水前孔口平均瓦斯?jié)舛葹?.2%，排水后平均孔口瓦斯?jié)舛葹?.2%，與試驗(yàn)鉆孔向比較，抽采效果差距明顯。

(5)封孔前采取排渣排水技術(shù)，對(duì)提升下行抽采鉆孔抽采效果具有重要作用，在抽采鉆孔抽采過(guò)程中，試驗(yàn)鉆孔排水前孔口平均瓦斯?jié)舛葹?0.8%，對(duì)比鉆孔排水前孔口平均瓦斯?jié)舛葹?.2%。