鶴煤集團六礦水力沖孔卸壓增透消突技術應用研究

摘 要:隨著采掘深度不斷增加，地應力與瓦斯壓力不斷加大，煤炭開采的地質條件和技術條件也日趨復雜，瓦斯災害礦井的數目增多，解決礦井瓦斯災害問題已經迫在眉睫。對于無保護層開采的低透氣性煤層，通常在煤層底板(頂板)布置巖中巷，打穿層鉆孔預抽采掘工作面的瓦斯，起到消突的目的。

關鍵詞:水力沖孔 卸壓增透 防突措施

中圖分類號:TD82文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0079-01

隨著采掘深度不斷增加，地應力與瓦斯壓力不斷加大，煤炭開采的地質條件和技術條件也日趨復雜，瓦斯災害礦井的數目增多，解決礦井瓦斯災害問題已經迫在眉睫。開采保護層是防治煤與瓦斯突出的區域性措施，也是最經濟、最有效的手段。對于無保護層開采的低透氣性煤層，通常在煤層底板(頂板)布置巖中巷，打穿層鉆孔預抽采掘工作面的瓦斯，起到消突的目的。但是，由于煤層透氣性低，需要施工密集鉆孔，工程量大，抽放時間長，嚴重影響了礦井的采掘接替。為此，研究在單一低透氣性煤層快速區域性消突技術就顯得特別重要。鶴煤六礦礦為單一低透氣性煤層，采用水力沖孔卸壓增透區域消突技術，快速消除了工作面內部的突出危險性，這對其他無保護層開采的突出礦井具有一定的借鑒作用。

1 水力沖防突技術原理

水力沖孔防突措施是指為釋放突出煤層突出潛能，減小和消除突出危險，利用壓力水沖刷煤體，激發噴孔，排出碎煤和瓦斯，釋放突出潛能以減少和消除突出危險性的措施。在突出危險煤層中沖出若干直徑較大的孔洞，造成孔兩幫和前方煤體充分卸壓，提高煤層瓦斯滲透率，大幅度釋放瓦斯，從而達到消突防突的目的。

2 概況

六礦于1958年7月開始建井，1964年正式投產，設計生產能力60萬噸/年，1995年經改擴建后生產能力為120萬噸/年，2006年核定生產能力為130萬噸/年，六礦自1970年9月25日第一次煤與瓦斯突出事故發生后被定為煤與瓦斯突出礦井，截至目前已發生33次突出，最大突出煤量約為400t，突出瓦斯量約50000m3。礦井瓦斯絕對涌出量為45.70m3/min，瓦斯相對涌出量為16.91m3/t。目前礦井實測的最大瓦斯含量為17.98m3/t(標高-330m左右)，最高瓦斯壓力為1.6MPa(標高-360m左右)，煤層透氣性系數為0.03～0.045md，鉆孔流量衰減系數為0.067d-1。

六礦為單一煤層開采的突出礦井，煤層透氣性差、原抽放鉆孔影響范圍小，嚴重影響了瓦斯抽放和防突效果。為此，開展穿層鉆孔水力沖孔試驗。根據鶴煤六礦生產實際情況和工作需要，水力沖孔選試驗在2145底板抽放巷進行。對2145工作面下順槽進行水力沖孔卸壓增透強化抽放區域防突技術研究。

2.1 2145工作面概況

2145工作面東300m為-600北大巷、西為21431、21432工作面和三水平輔助回風巷、南90m、130m分別為三水平皮帶暗斜井、三水平軌道暗斜井，北為214采區皮帶下山，214采區專用回風巷，三水平回風暗斜井。工作面底板標高-300～-380m。

2145工作面煤層走向13°、傾向103°、傾角25°，平均煤厚為8.39m。5工作面工業總儲量為146.32萬噸，可采儲量為127.16萬噸。

2.2 2145底抽巷概況

2145底板抽放巷巷道長度980m，巷道支護型式為錨網噴，斷面規格為3.6m×3.4m。2145底板抽放巷距煤層垂距為15～20m，距2145下順槽平距約為30m。2145底板抽放巷巖性為砂質泥巖及灰巖，巷道底板標高為-280～-263m，埋深為523.4～565.5m。

3 水力沖孔方案

沖孔的主要工藝和參數如下:沖孔水壓初步選用10MPa，可通過試驗最終確定，連接管采用內徑φ32mm、耐壓32MPa高壓膠管將乳化液泵與鉆桿尾端連接。為防止連接處斷開，在連接處加固。流量按乳化液泵的額定流量，沖出煤量初步確定為0.5t/m以上。

沖孔前要先按預定孔徑(110mm)和角度(23°～25°)施工鉆孔，施工好后，沖孔可從外向里逐漸沖孔，沖孔后可從里向外再沖孔，采用邊進邊退的方法，直至出清水，沖不出煤和瓦斯為止，為防止瓦斯濃度嚴重超限，可間歇式沖孔，當瓦斯濃度達到1.5%時即停止沖孔，當瓦斯濃度降低為0.8%以下后再開泵繼續沖孔。

施工順序:打鉆→判別煤層位置→沖整個煤段→返水變清→結束沖孔

打鉆:沖孔前要先按預定孔徑和角度施工鉆孔，詳細記錄鉆孔見煤和穿煤見巖的位置，以確認鉆孔內煤段位置。

沖孔:將噴嘴(鉆頭)送到見煤位置，設定泵壓在10MPa，開泵進行水力沖孔，然后從外向里逐漸沖孔，同時轉動鉆桿，并退送鉆桿，以利于排渣，沖孔后可從里向外再沖孔，采用邊進邊退的方法，直至出清水為止。為防止埋鉆和堵孔，可控制沖孔速度或間歇式沖孔，但大量出煤期間，不能停鉆，加鉆桿可乘出煤量較小，且返水量正常時進行。發生堵孔時可停止供水，但不能停鉆，以利于排粉。

4 水力沖孔情況

1號鉆場沖孔情況

1號鉆場位于2145底抽巷二橫川內，布置鉆孔1個，鉆孔終孔距2145下順槽(北頭)正前16m，孔徑110mm，孔深41m(巖26.75m，煤14.25m)。

7月2日8點班進行沖孔試驗，因響煤炮、噴孔等因素，水壓未達到要求(現場壓力表顯示6MPa)，沖至29m位置(20根鉆桿)時出現壓鉆桿現象，隨后起出鉆桿。7月3日8點、4點班和7月4日8點、4點班對該孔重新進行沖孔，根據清煤量估算沖出煤量約為10t，沖孔水壓最大11MPa(泵壓)。

7月5日8點班將該孔用2寸半封孔管進行封孔，用3寸鋼絲帶與主管連接帶抽。由于鉆孔內出水量較大，經采取加強放水措施后，于7月9日使用抽放參數快速測定儀測得該孔單孔濃度44.8％(實測38％)，負壓5.2Kpa，純量0.18m3/min;10日測定濃度45％，負壓5.85kpa，純量0.18m3/min;14日實測濃度40％。

以1號鉆場為例，其他鉆場同樣的方法對其它的鉆場進行水力沖孔，然后帶抽。2010年7月水力沖孔前，2145下順槽(北頭)迎頭統尺為160m。沖孔前正常掘進的月份共有5個月(2009年10月、11月，2010年1月、4月、10月)，共掘進125.11m，平均月進尺25.02m，預測(效檢)超標率約為54.10%。

2145下順槽于2011年3月24日恢復掘進后，截止到9月30日共預測(效檢)57次，超標9次，共掘進222.2m(根據水力沖孔時間安排以及接替計劃，有效掘進時間為101天)，平均月單進約為66m。

由此可見水力沖孔防突措施能夠釋放突出煤層突出潛能，減小和消除突出危險，利用壓力水沖刷煤體，激發噴孔，排出碎煤和瓦斯，釋放突出潛能以減少和消除突出危險性。在突出危險煤層中沖出若干直徑較大的孔洞，造成孔兩幫和前方煤體充分卸壓，提高煤層瓦斯滲透率，大幅度釋放瓦斯，確保了掘進期間的安全，提高了進尺，降低了開拓進尺成本。