松軟特厚低透氣性突出煤層水力沖孔卸壓增透技術(shù)的研究與應(yīng)用

【摘要】突出礦井區(qū)域瓦斯治理是煤礦企業(yè)生產(chǎn)面臨的普遍難題，方山礦二1煤新井主采二1突出煤層，不具備開采保護(hù)層條件，必須利用煤層底板巖巷，采用穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯以及水力沖孔泄壓增透技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】突出煤層;水力沖孔;增透技術(shù);設(shè)備

1 礦井瓦斯地質(zhì)概況

方山礦二1煤新井是中國平煤神馬集團(tuán)所屬平禹煤電公司下屬的一個(gè)國有煤礦，井田面積約4km2，核定生產(chǎn)能力30萬噸/年，是煤與瓦斯突出礦井，礦井相對(duì)瓦斯涌出量37.05m3/t，絕對(duì)瓦斯涌出量14.01m3/min。工作面地面標(biāo)高：+460～+570m，工作面標(biāo)高：-22～-48m，埋深482～618m。煤層厚度為1.71～14.95m。根據(jù)二1-11041機(jī)風(fēng)兩巷揭露及探煤厚資料顯示，推斷二1-11061工作面平均煤厚6.0m。

2 區(qū)域瓦斯治理規(guī)劃

2.1區(qū)域瓦斯治理工作面鉆孔設(shè)計(jì)

2.1.1二1-11061機(jī)巷區(qū)域防突措施鉆孔布置方案

在二1-11061機(jī)巷底抽巷每3.8m布置一組穿層鉆孔，鉆孔控制二1-11061機(jī)巷上、下幫輪廓線外各15m，孔徑94mm，終孔點(diǎn)間距3.8m，組間距3.8m。以上每組鉆孔按單、雙號(hào)分兩列布置、列間距1.9m。其中奇數(shù)鉆孔為水力沖孔，偶數(shù)鉆孔為穿層鉆孔，鉆孔穿過煤層進(jìn)入頂板0.5m。

2.1.2二1-11061機(jī)巷底抽巷水力沖孔卸壓增透加強(qiáng)鉆孔布置方案

進(jìn)一步提高煤層透氣性及煤層瓦斯抽放效果，做到應(yīng)抽盡抽，抽采達(dá)標(biāo)的要求，自二1-11061機(jī)巷底抽巷聯(lián)巷口向里沿巷道走向每隔5m布置1組增透卸壓鉆孔，每組鉆孔開孔間距為0.6m，終孔間距為6.8m，鉆孔終孔控制二1-11061機(jī)巷巷道上幫輪廓線外13m和下幫輪廓線外15m范圍。增透卸壓鉆孔煤段沖出煤量標(biāo)準(zhǔn)為：每組1#鉆孔、6#鉆孔全煤段為每揭露1m煤段沖出煤量0.5噸;每組2#鉆孔、3#鉆孔、4#鉆孔、5#鉆孔根據(jù)煤段長(zhǎng)度確定鉆孔沖出煤量，煤段長(zhǎng)度≤5m的鉆孔每米煤段沖1噸，煤段長(zhǎng)度>5m的鉆孔每米煤段1.5噸。

2.2區(qū)域瓦斯治理鉆孔施工情況

二1-11061機(jī)巷共設(shè)計(jì)212組2302個(gè)鉆孔，實(shí)際共施工穿層鉆孔和水力沖孔2692個(gè)鉆孔，累計(jì)總進(jìn)尺63175m，其中煤段長(zhǎng)度14098m，沖出煤量5773.6t。

3 裝備選型

3.1鉆機(jī)選型

根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)要求，結(jié)合該處地質(zhì)條件，施工選用ZDY4000R型全液壓坑道鉆機(jī)。ZDY4000R型鉆機(jī)的電機(jī)額定功率55KW、扭矩4000N·m，能夠滿足穿層鉆孔、水力沖孔施工要求。

3.2水力沖孔泵選型

本次選用KZS150/24L煤礦鉆孔用注水排渣裝置（以下簡(jiǎn)稱注水排渣裝置），該裝置是由平頂山市安泰華礦用安全設(shè)備制造有限公司自主研發(fā)產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是引入高壓水射流理論，自主研發(fā)煤礦鉆孔用注水排渣裝置，最高水壓可達(dá)24MPa，實(shí)現(xiàn)鉆巖孔與沖煤孔注水、排渣一體化，達(dá)到對(duì)工作面煤體卸壓增透，提高瓦斯排放效果。

3.3水力沖孔配套設(shè)備選型

采用的是專用高壓送水器和沖孔自動(dòng)切換專用鉆頭，低水壓（0.5MPa以下）時(shí)，鉆頭的高壓噴頭關(guān)閉，鉆頭原噴嘴出水，清洗打鉆產(chǎn)生的巖粉并冷卻鉆頭，進(jìn)行打鉆作業(yè);高水壓（大于0.5MPa）時(shí)，原噴嘴關(guān)閉，高壓噴頭出水，沖擊鉆頭側(cè)面煤體，實(shí)施水力沖孔。

3.4防噴裝置選用

3.4.1自制防噴裝置：

在施工過程中為防止產(chǎn)生火花及造成巷道煤塵超限，施工時(shí)選用水排渣方式，故在施工過程中不考慮除塵問題，只考慮防噴即可，因此為確保瓦斯收集效果，采用自制全封閉防噴裝置結(jié)合孔口瓦斯收集罩使用，防噴裝置主要由防噴罩、排渣管（直徑：150mm），排瓦斯管（直徑：100mm），氣渣分離箱等組成，排出的積渣進(jìn)入氣渣分離箱，瓦斯吸入防噴管，真正做到了渣入箱氣入管;孔口收集罩可收集孔口溢出瓦斯，提高瓦斯收集率，并安裝鉆尾抽放聯(lián)動(dòng)裝置，若從鉆尾噴出瓦斯，可立即用鉆尾抽放聯(lián)動(dòng)裝置進(jìn)行臨時(shí)抽放。

4 項(xiàng)目研究的內(nèi)容及方法

4.1項(xiàng)目研究的內(nèi)容

傳統(tǒng)水力沖孔泵，泵壓不穩(wěn)定，傳輸距離遠(yuǎn)，管路易損壞，安全系數(shù)低，施工效率低。使用新型注水排渣裝置及“鉆沖”一體化鉆頭，詳細(xì)記錄、分析對(duì)水力沖孔鉆孔時(shí)間、效率的影響。

水力沖孔鉆孔施工時(shí)容易因噴孔產(chǎn)生瓦斯高值，為了減少和避免打鉆噴孔引起的高值，使用自制防噴裝置后，對(duì)鉆機(jī)下風(fēng)側(cè)3米監(jiān)控范圍內(nèi)的甲烷便攜儀及鉆機(jī)下風(fēng)側(cè)105米范圍內(nèi)的甲烷傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄、分析，與使用前對(duì)比。

通過施工水力沖孔鉆孔，測(cè)定煤層殘余瓦斯壓力和含量，并詳細(xì)記錄在煤巷掘進(jìn)過程中，巷道回風(fēng)側(cè)瓦斯傳感器數(shù)值，以及巷道掘進(jìn)的速度。

4.2項(xiàng)目研究的方法步驟

利用專用水力沖孔設(shè)備、鉆具及自制防噴裝置，詳細(xì)記錄使用時(shí)甲烷便攜和甲烷傳感器數(shù)值，測(cè)定施工過區(qū)域瓦斯治理鉆孔區(qū)域的瓦斯含量、壓力及施工時(shí)異常情況，搜集煤巷掘進(jìn)過程中，巷道回風(fēng)側(cè)傳甲烷感器瓦斯數(shù)值以及煤巷掘進(jìn)速度。并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、總結(jié)。

5 結(jié)論

5.1在二1-11061機(jī)巷底抽巷施工水力沖孔后，干管濃度由0.8%提高到16%，水力沖孔對(duì)控制范圍進(jìn)行卸壓增透，使鉆孔周圍應(yīng)力重新分布，增加煤層透氣性，大大提高了瓦斯抽采量。

5.2對(duì)水力沖孔鉆孔施工時(shí)間進(jìn)行記錄，使用該工藝減少了成孔后退鉆、復(fù)送鉆頭進(jìn)入煤層約1小時(shí)的工序，且減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

5.3使用自制防噴裝置后，對(duì)鉆機(jī)下風(fēng)側(cè)3米監(jiān)控范圍內(nèi)的甲烷便攜儀及鉆機(jī)下風(fēng)側(cè)15米范圍內(nèi)的甲烷傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄、分析，隨機(jī)甲烷便攜儀讀數(shù)平均為0.16%～0.29%，鉆機(jī)回風(fēng)側(cè)15米范圍內(nèi)的甲烷傳感器讀數(shù)為0.09%～0.25%，做到了氣進(jìn)管、渣入箱，有效的遏制了瓦斯事故。

5.4經(jīng)計(jì)算機(jī)巷評(píng)判區(qū)域二1-11061機(jī)巷瓦斯預(yù)抽率61.6%，在評(píng)判區(qū)域內(nèi)布置13組區(qū)域措施效果檢驗(yàn)鉆孔，測(cè)定了殘余瓦斯含量和殘余瓦斯壓力，該區(qū)域最大瓦斯含量5.4830m/t，最小瓦斯含量1.9048m3/t，最大瓦斯0.07MPa，最小瓦斯壓力為0MPa，滿足了《瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》要求。且在執(zhí)行區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)期間，鉆孔沒有發(fā)生噴孔、頂鉆及其他突出預(yù)兆。

5.5二1-11061機(jī)巷底抽巷凈寬5.0m，凈中高3.0m，目前共掘進(jìn)390米，巷道掘進(jìn)過程中，在巷道回風(fēng)側(cè)甲烷傳感器最大值為0.26%，平均值為0.08%;最大單月進(jìn)尺142米，創(chuàng)方山新井煤巷掘進(jìn)記錄。

作者簡(jiǎn)介：

高海濤（1987-），男，河南平頂山人，本科，平頂山天安煤業(yè)股份有限公司勘探工程處，研究方向：采礦工程。