復(fù)雜地質(zhì)條件下向穿層預(yù)抽鉆孔施工成套技術(shù)

趙紹杰

(淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一礦抽采區(qū)，　安徽淮南232033)

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復(fù)雜地質(zhì)條件下向穿層預(yù)抽鉆孔施工成套技術(shù)

趙紹杰

(淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一礦抽采區(qū)，安徽淮南232033)

[摘要]利用頂板巷施工穿層鉆孔對突出危險區(qū)煤層進(jìn)行區(qū)域預(yù)抽消突作為煤巷掘進(jìn)消突主要措施之一已經(jīng)廣泛使用，其消突關(guān)鍵在于頂板巷內(nèi)預(yù)抽鉆孔抽采效果;以11518順槽高抽巷為例，介紹復(fù)雜地質(zhì)條件下高抽巷下向穿層鉆孔施工成套技術(shù)工藝。

[關(guān)鍵詞]突出煤層；條帶預(yù)抽消突；復(fù)雜地質(zhì)條件；瓦斯抽采

為了加強條帶預(yù)抽鉆孔的管理工作，改變以往頂(底)板巷預(yù)抽達(dá)標(biāo)后掘進(jìn)工作面還需重復(fù)施工鉆孔,既浪費人力物力又嚴(yán)重影響礦井采掘接替,給礦井安全高效開采帶來安全隱患的被動局面，淮南礦業(yè)集團(tuán)公司針對頂(底)板巷條帶預(yù)抽鉆孔施工及抽采出臺了一系列規(guī)定，要求做到“鉆到位、管到底、孔封嚴(yán)、水放通”。針對11518順槽高抽巷穿層鉆孔施工時的特定情況，潘一礦在集團(tuán)公司要求的基礎(chǔ)上積極改進(jìn)創(chuàng)新，形成了一套復(fù)雜地質(zhì)條件下高抽巷下向穿層鉆孔施工成套技術(shù)。

1工程概況

11518順槽位于潘一礦東一采區(qū)，標(biāo)高-589～-598.5 m，設(shè)計規(guī)格5 200(寬) mm×3 200 mm(高)，凈斷面16.64 m2，設(shè)計長度1 296.7 m。本面8煤，黑色，以塊狀為主，少量粉沫狀、片狀，屬半亮型，正常段煤厚2.5～3.5 m，平均厚3.17 m,地質(zhì)構(gòu)造附近煤厚0.2～1.8 m。8煤層直接頂、偽頂不發(fā)育，老頂中細(xì)砂巖直覆5-2煤之上，厚6.44～10.44 m,平均厚度8.47 m。工作面中部及東部發(fā)育8-2煤，8煤與8-2煤層間距為0～1.12 m,8-2煤厚0～1.06 m。預(yù)計8煤層產(chǎn)狀為：183°～222°∠6°～11°, 平均9°。

該面處于突出危險區(qū)域，在11518順槽高抽巷實測8煤層原始瓦斯含量7.38 m3/t(標(biāo)高-596 m)，瓦斯壓力2.3 MPa(標(biāo)高：-592 m)。

順槽采用高抽巷下向條帶穿層預(yù)抽鉆孔區(qū)域消突方式掩護(hù)巷道掘進(jìn)。順槽高抽巷標(biāo)高-533～-576 m，設(shè)計長度1 560 m，巷道距8煤頂板法距為18～25 m，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，外錯順槽36 m。

2問題的提出及原因分析

順槽高抽巷每5 m施工一組穿層鉆孔，共260組，每組設(shè)計10個孔，于2012年底開始施工下向穿層鉆孔，鉆孔孔深40～80 m，至2013年1月23日共施工鉆孔12組，全部采用聚氨酯(兩頭堵)加注礦渣硅酸鹽水泥P.S 32.5封孔(中間注)，抽采干管濃度僅3 %左右，單孔濃度多數(shù)在10 %以下。

通過分析確認(rèn)影響因素有以下幾點：一是受砂巖裂隙水影響，多數(shù)鉆孔施工至12～18 m時孔內(nèi)出現(xiàn)大量積水，普通水泥的水灰配比難以掌控，導(dǎo)致注漿段無法完全凝固，造成鉆孔封孔效果較差；二是由于孔內(nèi)出現(xiàn)積水，導(dǎo)致無法采用壓風(fēng)排渣方式施工鉆孔，而采用靜壓水鉆進(jìn)難以將鉆屑完全排出孔外，大量的鉆屑會滯留于孔內(nèi)，在煤層瓦斯釋放過程中鉆屑會越澄越實，最終造成鉆孔下部堵塞，嚴(yán)重影響瓦斯釋放。

3下向穿層鉆孔打鉆成套技術(shù)

通過原因分析后采用了從鉆孔設(shè)計、改進(jìn)封孔方法、鉆孔視頻驗收等一系列措施解決了封孔不嚴(yán)、鉆屑排渣不暢、預(yù)抽評價滯后等一系列問題，取得了較好效果。

3.1鉆孔設(shè)計

為了解決大量鉆屑?xì)埩艨變?nèi)的問題，突破慣性思維，沒有從增大鉆進(jìn)水壓來加強排渣效果，而是巧妙的給鉆屑增加一個“垃圾袋”。因此在鉆孔設(shè)計時將孔深加大，即將孔深由原來的穿過8煤見底板0.5 m改為穿透8煤后繼續(xù)施工8 m，用來沉淀鉆屑，避免鉆屑沉淀堵塞過煤段。

3.2封孔技術(shù)

鉆孔封孔整個施工過程中重要的一環(huán)，采用“兩堵一注”封孔抽采后巷道底板、孔壁均出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，證明這種封孔工藝不能用于孔內(nèi)有大量積水的情況，經(jīng)分析主要有兩個原因：一是聚氨酯類封孔材料為近幾年來新興并發(fā)展起來的一種高效的封堵、充填材料，隨著市場開發(fā)，產(chǎn)品種類越來越多，質(zhì)量參差不齊，造成“兩堵”效果差；二是在大量積水的影響下，中間注漿段漿液水灰比很難把握，積水會導(dǎo)致水灰比增大，從而致使水泥凝固后收縮裂縫變大，孔內(nèi)實際注漿封孔長度減小，以上因素會導(dǎo)致封孔質(zhì)量下降，影響預(yù)抽效果。為解決以上難題，明確了兩個思路，第一，封孔段要確保覆蓋底板砂巖含水層，減少砂巖裂隙水進(jìn)入鉆孔；第二，要能夠確?！跋露隆钡睦喂炭煽?，同時需要使用一種比水重并且能夠自行凝固不產(chǎn)生收縮的充填物質(zhì)。經(jīng)多次對不同封孔工藝的試驗最終選擇“封孔膠囊+JD-WFK-2型速凝膨脹封孔劑”封孔方式，膠囊封孔圖如圖1所示。JD-WFK-2型速凝膨脹封孔劑有以下特點：凝固時間可調(diào)，凝固速度快；凝固后微膨脹，能密封鉆孔周邊松散煤巖體及縫隙；凝固后不析水，確保有效封孔長度。此種封孔工藝流程為：第一，采用注漿泵向膠囊內(nèi)注水，壓力升至1.5～3 MPa時撐開金屬殼體及高壓橡膠膨脹管，然后繼續(xù)注水沖開安全閥，實現(xiàn)“下堵”；第二，用注漿泵注JD-WFK-2型速凝膨脹封孔劑(水灰比0.85∶1)，封孔劑經(jīng)安全閥向上涌至孔口即完成封孔作業(yè)。

改進(jìn)封孔工藝后，鉆孔單孔濃度由原來的5 %～10 %提高到70 %～80 %，部分鉆孔濃度達(dá)98 %以上，抽采5個月以后濃度仍維持在30 %～40 %，抽采效果較好。封孔工藝改進(jìn)前后第4組與第12組抽采濃度比照如圖2所示。

圖1　穿層鉆孔封孔示意圖

圖2　改進(jìn)前后單孔抽采濃度隨抽采時間變化對比圖

3.3鉆孔視頻驗收技術(shù)

由于受現(xiàn)場施工條件的限制，高抽巷預(yù)抽鉆孔前期從順槽開切眼對應(yīng)位置由東向西施工，而11518順槽煤巷需由西向東掘進(jìn)，從而導(dǎo)致西邊預(yù)抽評價單元滯后，制約了煤巷掘進(jìn)速度，影響礦井年度采掘接替計劃。如何加快鉆孔施工進(jìn)度、增長鉆孔預(yù)抽時間就成為破除僵局的關(guān)鍵因素，由此潘一礦在淮南礦業(yè)集團(tuán)內(nèi)部率先使用了鉆孔施工視頻驗收技術(shù),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。取得了以下成效：一是提高了鉆機臺效。11518順槽高抽巷內(nèi)最高峰時布置6臺鉆機同時施工，多數(shù)鉆機開孔、起鉆、封孔時間比較集中，1名專職鉆孔驗收員精力有限，導(dǎo)致1臺鉆機1班僅能施工1個孔，剩余時間閑置的情況嚴(yán)重。采用視頻驗收后，鉆孔施工完畢后即可進(jìn)行下一個鉆孔施工工作，鉆機綜合臺效由原來的2 620 m/月·臺提高到3 570m/月·臺，約1.36倍；二是節(jié)省人力資源。采取視頻驗收后無需專職驗收人員，這樣節(jié)省人力3人/圓班；三是提高了鉆孔質(zhì)量。視頻可對鉆孔施工全過程視頻記錄，促使施工人員規(guī)范操作，杜絕了虛假現(xiàn)象，提高了鉆孔質(zhì)量。

圖3鉆孔視頻驗收系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

4結(jié)論

通過對各種問題的分析解決，高抽巷內(nèi)鉆孔施工進(jìn)度提高1.36倍，瓦斯預(yù)抽量增加了70 %左右，縮短了條帶預(yù)抽評價時間，緩解了礦井生產(chǎn)接替緊張的局面。

實施新的鉆孔施工技術(shù)后，11518順槽高抽巷干管濃度由原來的不到10 %上升到30 %以上，能夠直接利用民用和發(fā)電，實現(xiàn)煤與瓦斯共采。

參考文獻(xiàn)：

[1]周世寧，林柏泉.煤層瓦斯賦存與流動理論[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1997.

[2]袁亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2004.

[3]袁亮.低透氣性煤層群無煤柱煤與瓦斯共采理論與實踐[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2008.

[4]袁亮.低透氣性高瓦斯煤層群無煤柱快速留巷Y型通風(fēng)煤與瓦斯共采關(guān)鍵技術(shù)[J].中國煤炭,2008(6):9-13.

[收稿日期]2016-06-23

[作者簡介]趙紹杰(1982-)，男，湖南張家界人，工程師，從事井下鉆探、瓦斯抽采工作,電話：13515541526。

[中圖分類號]TD713+.3

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1671-4733(2016)04-0005-03

DOI:10.3969/j.issn.1671-4733.2016.04.002