底板穿層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)優(yōu)化

摘要：為提高3#煤層瓦斯抽采效率，優(yōu)化底抽巷內(nèi)穿層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)，具體通過(guò)注漿、優(yōu)化封孔提升鉆孔密封效果，優(yōu)化排渣減少鉆孔鉆進(jìn)期間瓦斯動(dòng)力顯現(xiàn)，使用常壓水?dāng)U孔并合理調(diào)控抽采管網(wǎng)提升瓦斯抽采效果。工程應(yīng)用后，3301回風(fēng)巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采效率得以顯著提高，為巷道掘進(jìn)及后續(xù)采面回采創(chuàng)造了良好條件。

關(guān)鍵詞：底抽巷；穿層鉆孔；突出煤層；瓦斯抽采

中圖分類(lèi)號(hào)：TD712.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.029

Optimisation of Gas Extraction Technology for Bottom"Plate Penetration Drilling

LI Lei

（CCTEG Chongqing Research Institute， Chongqing 400037， China）

Abstract： In order to improve the efficiency of gas extraction in coal seam 3 #， optimize the gas extraction technology of cross layer drilling in the bottom drainage roadway， specifically improve the sealing effect of drilling through grouting and optimized hole sealing， optimize slag discharge to reduce gas dynamic manifestation during drilling， use atmospheric water to expand the hole and reasonably regulate the extraction pipeline network to improve the gas extraction effect. After engineering application， the gas extraction efficiency of the 3301 return airway bottom drainage roadway through layer drilling has been significantly improved， creating good conditions for tunnel excavation and subsequent mining face recovery.

Keywords： bottom extraction roadway; through-hole drilling; prominent coal seam; gas extraction

當(dāng)回采煤層不具備保護(hù)層開(kāi)采條件時(shí)，底抽巷穿層鉆孔是最為常見(jiàn)的區(qū)域瓦斯治理手段[1-2]。提高底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采效率有助于降低瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，從而為煤層安全回采創(chuàng)造良好條件[3-4]。文章以西南地區(qū)某礦3301回風(fēng)巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采為工程背景，分析影響穿層鉆孔瓦斯抽采效率因素，并針對(duì)性給出抽采技術(shù)優(yōu)化技術(shù)方案，以期為其他類(lèi)似的穿層鉆孔瓦斯抽采優(yōu)化提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

西南地區(qū)某礦回采的3#煤層厚度為2～3 m，傾角為3°～9°。3#煤層具有突出危險(xiǎn)性，原始瓦斯壓強(qiáng)、瓦斯含量分別為1.95 MPa、17.69 m3/t，煤層松軟且透氣性較差。3#煤層3301采煤工作面采用U型通風(fēng)方式，通過(guò)底抽巷開(kāi)展區(qū)域瓦斯治理工作，現(xiàn)階段正掘進(jìn)3301回風(fēng)巷底抽巷，具體布置如圖1所示。

1.1 底抽巷圍巖巖性及支護(hù)情況

3301回風(fēng)巷底抽巷位于3#煤層下覆15～20 m巖層，巷道頂?shù)装鍘r性以泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖以及粉砂巖為主。3301回風(fēng)巷底抽巷采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式，受巷道埋深大、圍巖承載能力差、地質(zhì)構(gòu)造以及3301回風(fēng)巷掘進(jìn)擾動(dòng)等多因素影響，底抽巷出現(xiàn)圍巖變形嚴(yán)重，頂板和巷幫位移量最大可分別達(dá)到525 mm、579 mm，同時(shí)出現(xiàn)頂板裂隙發(fā)育程度增加等情況，3301回風(fēng)巷底抽巷圍巖變形導(dǎo)致底板穿層漏氣、降低穿層鉆孔瓦斯抽采效果。

1.2 底抽巷穿層鉆孔布置情況

3301回風(fēng)巷底抽巷內(nèi)每隔5 m布置一組穿層鉆孔，一組包含8個(gè)穿層鉆孔，鉆孔傾角為10°～87°，孔徑為89 mm、孔深為17～45 m，具體布置情況如圖2所示。

鉆孔用水排渣，在施工期間頻繁出現(xiàn)噴孔、定鉆孔等情況；封孔用“兩堵一注”方式，受水泥、聚氨酯收縮影響，導(dǎo)致鉆孔瓦斯抽采濃度降低。現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)鉆孔封孔完成50 d后，平均瓦斯抽采濃度由35.9%降至16.8%。現(xiàn)有的底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采效率較低、瓦斯抽采濃度衰減較快，一定程度上降低穿層鉆孔瓦斯抽采效果。

2 底板穿層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)優(yōu)化

2.1 裂隙發(fā)育區(qū)注漿加固

在3301回風(fēng)巷底抽巷圍巖變形嚴(yán)重區(qū)或者底板裂隙發(fā)育區(qū)等，使用注漿加固底抽巷頂板巖體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并封堵穿層鉆孔周邊裂隙，提高穿層鉆孔瓦斯抽采效果。具體注漿鉆孔布置設(shè)計(jì)如圖3所示。

按5 m間距布置一組注漿鉆孔，單組注漿鉆孔包含3個(gè)注漿孔，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的傾角、方位角以及鉆孔開(kāi)孔位置注漿加固鉆孔，鉆孔孔徑統(tǒng)一為94 mm，鉆孔終孔位于3#煤層下覆3 m位置。

注漿用水泥單液漿，水灰比為0.8∶1.0，注漿壓強(qiáng)為2～3 MPa。如果鉆孔孔口出現(xiàn)大面積跑漿時(shí)，則采用間歇方式進(jìn)行注漿。

2.2 優(yōu)化鉆孔排渣方式

優(yōu)化3301回風(fēng)巷底抽巷原有的水排渣方式，提高鉆孔鉆進(jìn)效率和安全保障水平，具體采取的措施包括3點(diǎn)。一是穿層鉆孔用?94 mm鉆孔開(kāi)孔（鉆進(jìn)

2 m），并安設(shè)防噴裝置；二是使用89 mm鉆頭鉆進(jìn)，待鉆孔鉆進(jìn)至距3#煤層底板1～2 m處用壓風(fēng)排渣代替水排渣；三是在鉆孔鉆進(jìn)期間使用中壓風(fēng)排渣+低負(fù)壓抽放+防噴裝置減少瓦斯涌出量，并削弱鉆孔噴孔強(qiáng)度。

2.3 優(yōu)化鉆孔封孔方式

用囊袋代替聚氨酯封孔。穿層鉆孔內(nèi)抽采管直徑為50 mm、注漿管直徑為20 mm，封孔時(shí)第一囊袋布置在距離孔口2.5～3.5 m位置，第二囊袋布置在距離3#煤層見(jiàn)煤點(diǎn)0.5～1.0 m位置，使用注漿管向兩囊袋間進(jìn)行注漿加固，具體封孔囊袋布置如圖4所示。

使用囊袋代替聚氨酯進(jìn)行封孔后，孔封孔成本增加10%～15%，但是鉆孔封孔質(zhì)量明顯提升，瓦斯抽采效率增幅超過(guò)60%。

2.4 優(yōu)化鉆孔抽采方式

為提高單個(gè)穿層鉆孔瓦斯抽采量，對(duì)部分瓦斯抽采濃度較低鉆孔進(jìn)行常壓水二次擴(kuò)孔。具體步驟是將高壓管伸到見(jiàn)煤段后，利用常壓水沖洗孔內(nèi)煤體，單孔沖洗煤量為5～10 kg，待沖洗后恢復(fù)接抽。現(xiàn)場(chǎng)使用該技術(shù)后，可減少約10%的補(bǔ)充鉆孔，不僅能夠提高瓦斯抽采效率，而且能夠降低鉆孔鉆進(jìn)工程量，為瓦斯抽采達(dá)標(biāo)提供良好條件。

2.5 其他優(yōu)化措施

2.5.1 優(yōu)化埋管

為避免穿層鉆孔接抽期間，抽采篩管堵塞引發(fā)瓦斯富集、噴出等問(wèn)題，去除穿層鉆孔在端頭布置的堵頭和煤層段布置的抽采篩，同時(shí)在匯流器處增設(shè)放水器、法蘭過(guò)濾網(wǎng)，對(duì)瓦斯抽采管路均使用高風(fēng)壓抽采。

2.5.2 合理調(diào)控抽采參數(shù)

當(dāng)鉆孔接抽初期瓦斯?jié)舛仍?0%以上時(shí)，抽采負(fù)壓控制在30 kPa以上；當(dāng)初始抽采瓦斯?jié)舛仍?0%以上時(shí)，抽采負(fù)壓控制在20 kPa以上；當(dāng)初始抽采瓦斯?jié)舛仍?0%以下時(shí)，采用注漿封堵鉆孔周邊裂隙、二次注漿封孔等方式提高鉆孔瓦斯抽采濃度。當(dāng)穿層鉆孔接抽30 d時(shí)瓦斯?jié)舛冉抵?0%時(shí)，采用控制性抽采方式提升瓦斯抽采效果；當(dāng)穿層鉆孔接抽30 d時(shí)瓦斯?jié)舛冉抵?0%以?xún)?nèi)時(shí)，對(duì)鉆孔孔底煤層段進(jìn)行常壓水二次擴(kuò)孔。

3 穿層鉆孔瓦斯抽采優(yōu)化效果分析

結(jié)合3301回風(fēng)巷底抽巷穿層鉆孔現(xiàn)場(chǎng)布置情況和抽采煤層賦存情況等，優(yōu)化穿層鉆孔瓦斯抽采，并進(jìn)行工程應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，3301回風(fēng)巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采純量等均得以顯著提高，穿層鉆孔接抽12個(gè)月后抽采區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯預(yù)抽率可達(dá)到68%；待瓦斯抽采達(dá)標(biāo)后，3301回風(fēng)巷掘進(jìn)期間未出現(xiàn)瓦斯涌出量大、瓦斯動(dòng)力顯現(xiàn)等，巷道掘進(jìn)基本不受瓦斯影響，掘進(jìn)進(jìn)尺超過(guò)7 m/d，穿層鉆孔瓦斯抽采效果顯著。

4 結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，優(yōu)化3301回風(fēng)巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)。通過(guò)對(duì)底板裂隙發(fā)育區(qū)和底抽巷圍巖變形嚴(yán)重區(qū)進(jìn)行注漿加固，封堵圍巖集穿層鉆孔裂隙、提高巖體整體強(qiáng)度及穩(wěn)定性；在靠近煤層段鉆進(jìn)時(shí)將水排渣優(yōu)化為中壓風(fēng)排渣+低負(fù)壓抽放+防噴裝置方式；優(yōu)化鉆孔封孔方式，使用囊袋代替?zhèn)鹘y(tǒng)的聚氨酯，在封孔的水泥中增加添加劑改善水泥漿性能；優(yōu)化鉆孔瓦斯抽采方式。工程應(yīng)用后，顯著提高了3301回風(fēng)巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采效率，在提高區(qū)域瓦斯高效治理、降低瓦斯抽采達(dá)標(biāo)耗的同時(shí)增強(qiáng)3#煤層開(kāi)采安全生產(chǎn)保障能力。

參考文獻(xiàn)

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3 李義強(qiáng)，屈花榮，姚明柱，等.桑樹(shù)坪煤礦穿層鉆孔漏氣位置檢測(cè)及“三堵兩注”封孔提濃技術(shù)研究[J].煤炭科技，2023（5）：105-109.

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作者簡(jiǎn)介：李蕾（1992—），男，山西臨汾人，工程師。研究方向：礦井瓦斯災(zāi)害防治。