鉆孔

工藝研究，因此從鉆孔瓦斯抽采源頭入手，尋求合理的鉆孔抽采工藝和技術(shù)是解決松軟低透氣煤層瓦斯治理問題的關(guān)鍵。本煤層預(yù)抽瓦斯是煤層采掘前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽—掘—采銜接安排，合理選擇鉆孔布置方式、抽采時(shí)間等，提前進(jìn)行打鉆和抽采，并達(dá)到預(yù)期抽采效果。目前垂直煤壁布置的密集鉆孔在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多，受煤層透氣性影響，瓦斯抽采難以達(dá)到預(yù)期效果[6]。根據(jù)彈塑性力學(xué)理論研究，在原始應(yīng)力平衡巖層中，鉆孔四周重新分布的應(yīng)力超越巖體強(qiáng)度時(shí)會(huì)產(chǎn)生塑性變形，并從周邊向巖體深處擴(kuò)展，產(chǎn)生的塑性區(qū)

000）0 引言鉆孔灌注樁是指在工程現(xiàn)場(chǎng)采用不同鉆孔方法，在地層中按要求形成一定形狀的井孔，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將綁好的鋼筋籠吊入其中，再灌注混凝土而做成的樁，是公路橋梁最常用的成樁工藝之一[1]。鉆孔灌注樁是一項(xiàng)隱蔽性較強(qiáng)的工程，其施工質(zhì)量要求高，施工較為復(fù)雜，造價(jià)在橋梁工程中所占比例高，是橋梁設(shè)計(jì)和施工中需要重點(diǎn)把控的部分。鉆孔灌注樁施工流程和造價(jià)組成主要包括以下幾個(gè)部分：鉆孔、鋼護(hù)筒（分水中和陸上）、工作平臺(tái)（含水中和陸上）、鋼筋、檢測(cè)管、泥漿外運(yùn)、灌注

要有：本煤層預(yù)抽鉆孔、水力造穴鉆孔、水力割縫鉆孔。1.1 本煤層預(yù)抽鉆孔2302輔運(yùn)巷本煤層預(yù)抽鉆孔于2018年5月開始施工，共施工768個(gè)鉆孔，進(jìn)尺11 460 m，2019年9月施工完成；膠帶巷本煤層預(yù)抽鉆孔于2018年8月開始施工，共施工749個(gè)鉆孔，進(jìn)尺111 900 m，2019年6月施工完成。1.2 水力造穴鉆孔2302工作面僅輔運(yùn)巷1 412 m處往里200 m范圍施工40個(gè)水力造穴鉆孔，鉆孔從孔底開始造穴，然后依次每退5 m造穴1個(gè)，造穴段

分學(xué)者探討了不同鉆孔半徑和不同鉆孔布置方式對(duì)瓦斯抽采效果的影響，如馬建等開展不同鉆孔半徑對(duì)瓦斯抽采效果的試驗(yàn)，確定了瓦斯抽采過程中鉆孔最佳半徑及最佳布置方式。但以上研究忽略不同鉆孔間距對(duì)瓦斯抽采效果的影響，而鉆孔間距是影響瓦斯抽采效果的主要因素之一。合理的布置鉆孔可有效提高瓦斯抽采效率，改善瓦斯抽采效果。因此，本研究從鉆孔間距角度出發(fā)，分析不同鉆孔間距對(duì)瓦斯抽采效果的影響，以改善瓦斯抽采效果。1 材料與方法1.1 試驗(yàn)裝置及煤樣處理本試驗(yàn)選用多場(chǎng)耦合煤層氣

技術(shù)與裝備落后，鉆孔施工很難按照設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)，導(dǎo)致煤層出現(xiàn)瓦斯抽放盲區(qū)而引發(fā)的煤與瓦斯突出事故時(shí)有發(fā)生。嚴(yán)重威脅煤礦的安全生產(chǎn)，可能摧毀巷道設(shè)施，毀壞通風(fēng)系統(tǒng)，使巷道充滿瓦斯與粉塵，造成煤塵和瓦斯爆炸等嚴(yán)重后果。煤與瓦斯突出災(zāi)害的發(fā)生嚴(yán)重制約了礦井的健康發(fā)展。煤層瓦斯預(yù)抽是防治煤與瓦斯突出的主要措施，煤層瓦斯預(yù)抽主要方法是打鉆孔預(yù)抽煤層中的瓦斯。影響煤層瓦斯預(yù)抽效果的因素主要有鉆孔設(shè)計(jì)的合理性、鉆孔成孔情況、鉆孔分布、封孔效果等，其中因?yàn)?span id="j5i0abt0b" class="hl">鉆孔施工不到位而留

預(yù)抽主要方法是打鉆孔預(yù)抽煤層中的瓦斯。影響煤層瓦斯預(yù)抽效果的因素主要有鉆孔成孔情況、鉆孔分布、封孔效果等，其中因?yàn)?span id="j5i0abt0b" class="hl">鉆孔施工不到位而留有空白帶會(huì)給煤層瓦斯消突工作帶來隱患。劉軍[1]等研究了抽采時(shí)間、鉆孔間距和瓦斯抽采有效影響半徑的關(guān)系；李克松[2]等研制了回轉(zhuǎn)鉆孔軌跡測(cè)量系統(tǒng)，通過計(jì)算得到實(shí)際鉆孔軌跡；徐青偉[3]等對(duì)鉆孔布置方式進(jìn)行調(diào)整，利用“三花眼”布孔方式與縮短抽采鉆孔間距布孔方式；董洪凱[4]建立了煤層流-固耦合模擬方程，通過對(duì)模擬結(jié)果分析確定了抽

鉆機(jī)施工瓦斯抽放鉆孔，通過預(yù)先抽采鉆孔瓦斯降低煤層瓦斯壓力，有效預(yù)防煤與瓦斯突出事故的發(fā)生[1-2]。目前，煤礦井下鉆孔施工方式有定向鉆進(jìn)[3-4]、回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)[5-6]。定向鉆進(jìn)技術(shù)由于鉆孔軌跡可調(diào)可控，在煤礦井下取得了良好的應(yīng)用效果，但其價(jià)格昂貴、施工工藝復(fù)雜，所以煤礦井下大部分鉆孔仍采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工方式。在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工中，常常采用隨鉆軌跡儀進(jìn)行鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量，或是鉆孔成孔后采用手推式鉆孔軌跡儀進(jìn)行鉆孔軌跡測(cè)量。軌跡儀將采集到的姿態(tài)數(shù)據(jù)保存在測(cè)量探管內(nèi)

鉆機(jī)施工瓦斯抽放鉆孔，通過預(yù)先抽采鉆孔瓦斯降低煤層瓦斯壓力，有效預(yù)防煤與瓦斯突出事故的發(fā)生[1-2]。目前，煤礦井下鉆孔施工方式包括定向鉆進(jìn)[3-4]和回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)[5-6]。定向鉆進(jìn)技術(shù)由于鉆孔軌跡可調(diào)可控，在煤礦井下取得了良好的應(yīng)用效果，但其價(jià)格昂貴、施工工藝復(fù)雜，所以煤礦井下大部分鉆孔仍采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工方式。在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工中，常常采用隨鉆軌跡儀進(jìn)行鉆孔軌跡隨鉆測(cè)量，或是鉆孔成孔后采用手持式鉆孔軌跡儀進(jìn)行鉆孔軌跡測(cè)量。鉆孔軌跡儀將采集到的姿態(tài)數(shù)據(jù)保存在測(cè)量

此，針對(duì)邁步鉆場(chǎng)鉆孔與采前預(yù)抽鉆孔溝通，提出了邁步鉆場(chǎng)鉆孔注漿技術(shù)，提高采前預(yù)抽鉆孔的抽采效果。1 概 況目前，余吾煤業(yè)瓦斯抽采鉆孔封孔工藝為“兩堵一注”帶壓封孔工藝，如圖1所示。鉆孔封孔深度為15.5 m，通過里外兩端布囊注漿膨脹后形成注漿空間，對(duì)注漿空間進(jìn)行帶壓注漿，漿液對(duì)封孔段及孔壁裂隙進(jìn)行充填封堵，從而實(shí)現(xiàn)鉆孔的密封抽采。圖1 “兩堵一注”帶壓封孔工藝采前預(yù)抽鉆孔施工軌跡與巷道內(nèi)邁步鉆場(chǎng)內(nèi)的邊掘邊抽鉆孔在設(shè)計(jì)上存在立體交叉現(xiàn)象，由于鉆孔軌跡的不可控

.1 試驗(yàn)區(qū)抽采鉆孔布置為考察不同孔徑、不同工藝鉆孔的抽采效果，設(shè)計(jì)了小孔徑平行鉆孔瓦斯抽采試驗(yàn)、大孔徑平行鉆孔瓦斯抽采試驗(yàn)、交叉鉆孔瓦斯抽采試驗(yàn)等三種煤層瓦斯抽采工藝對(duì)比試驗(yàn)，以優(yōu)化瓦斯抽采工藝參數(shù)。選擇在88501綜采工作面膠帶運(yùn)輸順槽，布置瓦斯抽采試驗(yàn)鉆孔。設(shè)計(jì)試驗(yàn)抽采鉆孔組10組，1～8組為平行鉆孔，每組5孔；9～10組為交叉鉆孔，每組10孔，相鄰鉆孔組距離20m，共計(jì)施工60個(gè)試驗(yàn)鉆孔。設(shè)計(jì)小孔徑鉆孔94mm、大孔徑鉆孔133mm；孔間距分別為4

底板巖巷施工穿層鉆孔對(duì)煤巷掘進(jìn)瓦斯治理，W23032瓦斯抽放措施巷設(shè)計(jì)總長度約979.6m，巷道斷面為三心圓拱形，巷道拱基線以上凈高1.2m，拱基線以下高2.7m，凈寬5.0m，凈斷面19.074m2。現(xiàn)為保障W2303工作面掘進(jìn)作業(yè)是不會(huì)出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，利用底抽鉆孔解決煤層條件不好，瓦斯較大區(qū)域，通過密集鉆孔覆蓋從而達(dá)到降低瓦斯的目的，為工作面掘進(jìn)提供保障。2 抽采鉆孔參數(shù)模擬分析在煤巷掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，采用穿層鉆孔對(duì)煤層的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽作業(yè)時(shí)，為有效保障穿層

m、每組施工9個(gè)鉆孔對(duì)N2203膠帶巷煤體進(jìn)行預(yù)抽。N2203底抽巷單孔抽采瓦斯?jié)舛?5%、純量0.02 m3/min，為進(jìn)一步提高穿層鉆孔抽采效率，快速降低煤體瓦斯含量，在N2203底抽巷穿層鉆孔中進(jìn)行掏穴擴(kuò)孔技術(shù)試驗(yàn)[1]。1 技術(shù)原理掏穴擴(kuò)孔技術(shù)是在普通穿層鉆孔的基礎(chǔ)上對(duì)鉆孔實(shí)施掏穴工藝，使用普通鉆具成孔后，更換為掏穴鉆頭送入煤孔段進(jìn)行擴(kuò)孔，在靜壓水壓力達(dá)到0.3 MPa時(shí)，打開單翼刮刀(見圖1)，從而擴(kuò)大鉆孔煤孔段的直徑，增大周圍煤體裂隙，釋放煤體

，467000）鉆孔抽采瓦斯是治理煤層瓦斯的主要技術(shù)措施，一方面可以降低瓦斯壓力和煤層地應(yīng)力，起到卸壓防突的效果，另一方面也可以將抽采出的高濃度瓦斯作為能源利用，保護(hù)環(huán)境，起到一舉多得的效果［1］。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，瓦斯抽采鉆孔會(huì)發(fā)生偏移的現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔無法打到設(shè)計(jì)位置，產(chǎn)生抽采空白帶，不能有效起到煤層泄壓和抽采煤層瓦斯的作用，給煤層開采留下巨大隱患［2-4］。平頂山礦區(qū)煤層瓦斯含量東高西低，己組和戊組較丁組和庚組高［5］。因此，為確保瓦斯抽采效果，

目前，除常用傳統(tǒng)鉆孔抽采，我國提高開采煤層透氣性主要有水力增透、爆破致裂及保護(hù)層開采等，但受煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造和成本等因素影響，以上方法現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用都存在一定局限性，探索有效瓦斯防治措施至關(guān)重要。本煤層預(yù)抽瓦斯是煤層采掘前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽-掘-采銜接安排，合理選擇鉆孔布置方式、抽采時(shí)間等，提前布置預(yù)抽鉆孔?，F(xiàn)場(chǎng)以順層密集鉆孔為主，根據(jù)彈塑性力學(xué)理論研究，在原始應(yīng)力平衡巖層中，順層鉆孔周圍重新分布的應(yīng)力會(huì)超過巖體強(qiáng)度產(chǎn)生塑性變形，塑性變形區(qū)內(nèi)存在大量裂隙，可提高鉆

203底抽巷穿層鉆孔在整個(gè)預(yù)抽區(qū)域內(nèi)呈網(wǎng)格式均勻布置，鉆孔穿透煤層全厚進(jìn)入頂板0.5m，孔徑為94mm。穿層鉆孔在頂板處間距為5m（按5m×5m網(wǎng)格狀布置），控制范圍為被掩護(hù)巷道兩側(cè)輪廓線外17m。每組穿層鉆孔共布置9個(gè)鉆孔，其中5個(gè)鉆孔布置于N2203底抽巷頂板，鉆孔間距350mm；4個(gè)鉆孔分兩列布置于巷道右?guī)蜕喜浚?span id="j5i0abt0b" class="hl">鉆孔距頂250mm，上下間距300mm，兩排鉆孔間距400mm。N2203底抽巷中開孔位置詳細(xì)參數(shù)如表1所示。圖1 N2203底抽巷與N22