梁北煤礦快速水力沖孔技術(shù)應用探討

葛領勛 蔣現(xiàn)科 高永紅

（河南神火集團梁北煤礦，河南 禹州 452570）

梁北煤礦位于河南省禹州市以南約7km，礦井于1997年開工建設，1999年6月和7月在建井期間發(fā)生兩次煤與瓦斯動力現(xiàn)象，經(jīng)重慶煤科院鑒定為煤與瓦斯突出礦井。

梁北煤礦二1煤層瓦斯含量為5.73～13.93m3/t，瓦斯壓力0.6～2.75MPa，煤體堅固性系數(shù)f=0.15～0.25，煤層透氣性系數(shù)為 0.0011～0.0454m2/MPa2·d，屬于較難抽放性“三軟”煤層。二1煤層屬于Ⅲ類不易自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性。

1 工程概況

梁北煤礦32051工作面是32采區(qū)首采面，位于32采區(qū)東翼，該面東至箕阿、鐵李新村保護煤柱，西至采區(qū)上山保護煤柱，上部為DF3斷層保護煤柱，采面南部發(fā)育有F1斷層（H=170～335m ∠60°），32051工作面布置在DF3斷層與F1斷層之間。

32051工作面中巷底抽巷全長實掘830.978m，巷道布置在太原組上段巖層（L7～L9灰?guī)r）內(nèi)，主要揭露L7灰?guī)r、一14煤、一15煤、一16煤、L8灰?guī)r、一17煤、L9灰?guī)r，之后以砂質(zhì)泥巖（L8灰?guī)r）為頂板。

2 方案設計

水力沖孔是指利用鉆機打鉆時噴射的水射流在突出的煤層內(nèi)沖出煤炭和瓦斯或誘導可控制的小型突出，以造成煤體卸壓，排放瓦斯，消除采掘突出危險的方法。對有自噴能力的煤層，用于石門揭煤時是安全可靠的。適用于松軟有嚴重突出危險的自噴煤層。

為釋放突出潛能，減小或消除突出危險，利用帶高壓水鉆頭向煤層中噴射，達到煤體泄壓、瓦斯釋放的效果。水力沖孔卸壓增透措施是在巖柱的掩護下，施工鉆孔后，采用高壓水通過高效噴頭沖擊鉆孔周圍的煤體，沖出大量煤體和瓦斯，應力集中向沖孔周圍移動，使沖孔附近煤體卸壓增透，有效地提高了抽放效果。該技術(shù)通過改進水力沖孔方法在梁北煤礦應用并取得了較好的效果。

水力沖孔通過連接孔口三通至防噴箱，使防噴箱向煤池流煤，再經(jīng)過煤池水煤分離，達到水力沖孔效果（見圖1：水力沖孔示意圖，圖2：煤池架）。

圖1 水力沖孔示意圖

圖2 煤池架

3 技術(shù)方案比較

（1）舊式?jīng)_孔。水力沖孔用Φ153mm鉆頭開孔7m， 然后下入Φ146mm套管4m。固孔可采用合成樹脂封孔劑和毛巾或布頭，沖孔時使用加工好的孔口法蘭通過絲扣固定在套管上，通過連接孔口三通至防噴箱（防噴箱規(guī)格：Φ1m×1.5m）。煤池通過煤袋堆成長方形，沖孔煤量通過防噴箱出水端流煤至沉淀池，工人通過從沉淀池中撈煤至煤池。煤池長約6m，煤池中間安排兩人翻煤。

（2）新式?jīng)_孔。水力擴孔用Φ153mm鉆頭進行開孔，固孔采用1m長Φ146mm套管頂板生根固孔。其中套管上加工的法蘭盤直接使用8#鐵絲固定于頂板錨桿上（沖完孔后套管可拔出復用），沖孔時直接將孔口三通連接至法蘭盤，中間采用螺絲固定，通過連接孔口三通至防噴箱（防噴箱規(guī)格：Φ0.6m×1.5m）。防噴箱一側(cè)通過倒鏈或8#鐵絲固定于頂板上，一側(cè)直接放至煤池上，防噴箱向煤池方向傾斜，傾斜角度75°。煤池通過鋼板連接成長方形放于底板上，在煤池兩側(cè)及尾側(cè)設置水、煤分離口（長寬約為1m×0.5m，尾部0.5m×0.5m），分離口處采用孔徑5mm的鋼網(wǎng)連接。煤池兩側(cè)連接三道爪釘，防止沖孔時煤體擠壓鋼板造成煤池變形，待煤池內(nèi)流入煤量達標即可。

（3）新、舊沖孔方式對比表見表1。

表1 新、舊沖孔方式對比表

4 封孔工藝

鉆孔施工結(jié)束后，穿層鉆孔進行全程封孔。每個穿層鉆孔施工完畢后，采用Φ32mm×2m聚乙烯管+尖端堵頭+Φ16mm注漿管+囊袋+樹脂材料進行封孔。對穿層鉆孔進行全程封孔，鉆孔見煤點外2m至孔底全部使用花管，其余全部使用直管，封孔器（囊袋）捆綁在距花管2m位置，預留注漿管捆扎在距上部囊袋2m處，最后一根封孔管使用2組合成樹脂材料進行固孔，在孔口300～500mm處綁上擋圈（布頭），封孔管外漏200～300mm。

5 井下應用注意事項

（1）開啟高壓注水泵進行供水，擴孔期間高壓注水泵的終孔端泵壓在4～10MPa。若煤體瓦斯指標超過10m3/t，終孔端泵壓相應降低1～2MPa，防止沖孔速度過快造成瓦斯超限。

（2）沖孔時因現(xiàn)場條件限制，鉆機與煤池間距過長時，防噴箱長度可相應加長，防噴箱加長時放置傾角可適當調(diào)大。

（3）在沖孔期間，鉆機推進過程中應帶轉(zhuǎn)慢速進鉆，在進入煤層1～2m進行沖孔。如果有堵鉆孔等現(xiàn)象，可采取快進、快退、快轉(zhuǎn)或去鉆桿重復沖洗等措施。如果有煤量增加或噴孔現(xiàn)象，應停止推進和旋轉(zhuǎn)，待孔內(nèi)出水正常后再繼續(xù)鉆進。

6 結(jié) 語

通過水力沖孔方式的改變，改善了采面接替緊張的問題，有效地保證了瓦斯抽放時間，實現(xiàn)了生產(chǎn)安全、高效、平穩(wěn)運行。改進后的水力沖孔單孔降低材料費150元，施工進度提高約3倍，勞動強度降低約3倍，現(xiàn)場文明衛(wèi)生也得到明顯改善，降低了電泵損壞頻率。新型水力沖孔施工工藝在終孔端調(diào)整了高壓注水泵泵壓，使沖孔在煤體中產(chǎn)生更大的空隙，瓦斯抽采流量提高1.5～2倍，高瓦斯?jié)舛瘸榉艜r間延長約1.1倍，達到了理想的效果。