掏穴鉆孔增透抽采最大化技術

摘要：潘三礦13-1煤層為主采煤層，透氣性系數普遍在0.0011～

0.0012m2/（MPa2·d），屬較難抽放煤層，為提高對原始煤體的抽采效果，在潘三礦17101（3）運順及切眼掩護巷試用鉆孔掏穴增透技術，采用“兩堵一注”封孔工藝，圍繞“鉆到位、管到底、孔封嚴、水放通”積極開展抽采四化品牌創建工作，實現了95%以上鉆孔單孔高負壓（13～30KPa）抽采下高濃度（20%～90%）長時間（90天～410天）連續抽采達標。

關鍵詞：透氣性系數 抽采效果 掏穴 兩堵一注 噴漿

1 概況

潘三礦17101（3）工作面位于東四采區，工作面標高-610～-680m，工作面走向長1302m，煤層原始瓦斯壓力3.1Mpa，瓦斯含量9.57m3/t，煤層傾角平均8°，煤層平均厚度4.4m。該面東段450m及切眼段屬于13-1煤突出危險區，采用底板巷穿層鉆孔條帶預抽區域瓦斯治理措施掩護運輸順槽及切眼煤巷掘進。

2 掏穴鉆孔增透抽采最大化技術關鍵

2.1 頂底板巷道噴漿

鑒于鉆孔施工巷道圍巖裂隙不漏氣是孔封嚴的必要條件，為增強巷道圍巖密實性，在鉆孔施工前，對17101（3）運順底板巷全巷道所有圍巖裸露段重新進行了噴漿處理，保證了鉆孔封嚴后不產生圍巖裂隙漏氣。

2.2 鉆孔掏穴增透

掏穴鉆孔設計：穿層鉆孔按照不大于10*5m布置，共布置54組，共設計633個鉆孔，其中542個鉆孔采用掏穴鉆孔施工，控制到巷道兩側輪廓線外15m范圍內的煤體。掏穴鉆孔孔徑為￠110mm變￠260mm。鉆孔傾角10°到60°。孔深為32m到104m。采用ZDY-3200S型鉆機、∮63.5/73mm*1000mm小螺旋肋骨鉆桿、∮110mm單翼掏穴鉆頭擴孔（展開后∮260mm）施工。

掏穴鉆孔施工難點在于重新送鉆時間較長，鉆孔必須成型好，而且保直，鉆頭側翼打開前必須確保在煤段。關鍵施工工藝：

①先使用∮113mm孔徑鉆頭鉆進，巖段使用濕式鉆進，預計見煤前5m開始采用壓風排渣直到過煤結束。

②按照設計要求施工過13-1煤，見巖500mm停止鉆進，徹底排盡孔內煤巖粉后撤回鉆桿。起鉆過程嚴禁采用水排渣，用水排渣易造成孔內煤巖粉堵塞，誘發噴孔事故。

③更換為掏穴鉆頭擴孔，使用前先在孔外安裝上掏穴鉆頭實驗風壓力狀況，確定是否能正常打開鉆頭側翼，待確認正常后方可下入孔內，觀察鉆機壓力表壓力變化情況。

④送入掏穴鉆頭時不開壓風（水），不旋轉。直到送入孔內見煤段500mm以上，然后緩慢開啟壓風，鉆桿只旋轉不給進，待掏穴鉆頭側翼完全打開后，進行正常擴孔鉆進。鉆進時要輕壓慢鉆，控制給進壓力，確保鉆孔擴孔段施工質量（給進壓力控制在0～6MPa），直到掏穴鉆進至止煤點前500mm停止向前掏穴。

⑤鉆孔掏穴全程帶防噴裝置，并在孔口防噴裝置與負壓管道之間，加入礦用濕式除塵器，利用孔口負壓降塵，實現鉆孔壓風排渣有效除塵。

⑥煤段擴孔施工完畢后，鉆頭不給進，保持旋轉兩分鐘以上，孔口出煤量逐漸減少直至不出煤屑為掏穴結束，然后將孔內煤渣排盡，確保孔內無虛煤后，先停止旋轉，再停止壓風供給，待側翼鉆頭復位后，方可緩慢撤鉆，實現鉆到位。

2.3 鉆孔“兩堵一注”孔封嚴、全程小直徑套管管到底

所有鉆孔均采用XF2-113型瓦斯抽排封孔器封孔，封孔長度12m，中間采用2ZBD18.5/4型風動注漿泵帶壓注實膨脹水泥。較長鉆孔（超過60m）、無構造及煤質較硬時封孔器前端下∮50mm花管8m，遇構造及煤質較軟時全程下∮25mm花管到底，實現孔封嚴、管到底。為防止堵孔，凡單孔濃度下降超過50%時未下套管孔均采取下4分壓風管全孔掃孔，孔內正壓吹孔與孔口負壓抽采相結合，防止噴孔。2.4 抽采管路排水自動化確保水放通

17101（3）底板巷共設計54組，每組12個鉆孔。每組鉆孔采用φ159mm支管與φ325mm主干管連接進行抽采，由于所有鉆孔均為上向鉆孔，單孔均可自動放水到每組支管，因此設計若干組鉆場聯合安設一路φ50mm管路按5‰坡度布設在支管下方作為放水管路，每組鉆場均與放水管路聯通，在放水管末端和抽采干管低洼處安設自動放水器實現自動放水。

3 掏穴鉆孔增透抽采效果

3.1 17101（3）運順及切眼掩護巷瓦斯抽采效果總體評價

17101（3）運順底板巷鉆孔施工時間為2011年2月16日到2011年12月1日，為一個評價單元。切眼掩護巷鉆孔施工時間為2011年11月13 到2012年3月2日，為一個評價單元。17101（3）運順底板巷干管抽采濃度最大達67%，單孔抽采時間最長為376天，單孔濃度最高達100%，單孔流量最大達0.13m3/min，現抽采濃度仍達20%，抽采純量2.1m3/min，共抽采410天，累計抽采總量321.6萬m3。切眼掩護巷現抽采濃度達20%，抽采純量0.9m3/min，共抽采93天，抽采總量17萬m3。

3.2 鉆孔掏穴煤量統計

17101（3）運順底板巷共設計鉆孔633個，其中542個鉆孔進行掏穴施工。在掏穴鉆孔施工期間，由礦驗收人員現場統計驗收掏穴煤量。經統計最大單孔掏穴煤量1600kg，平均單孔掏穴煤量700kg，每米掏煤量58kg。

3.3 掏穴鉆孔抽采流量、濃度效果

掏穴鉆孔φ260mm比原來φ113mm孔徑每米增加煤體暴露面積0.46m2，增加體積0.044m3，掏穴鉆孔在相同抽采負壓下抽采濃度衰減幅度較小，能維持較長時間（300天以上）高濃抽采，掏穴鉆孔平均濃度為44%，未掏穴鉆孔平均濃度為29%，單孔抽采濃度提高1.5倍。而且掏穴鉆孔隨著煤體的進一步壓縮、破碎變形造成透氣系數增大，提高了鉆孔抽采影響半徑。

4 結論

①掏穴鉆孔在二次擴孔過程中，加大了對周圍煤體的擾動，煤體的膨脹變形增大，使卸壓更加充分，透氣性也隨之增大，預抽瓦斯效果得到顯著提高。在17101（3）運順底板巷采用掏穴鉆孔施工，使低透氣性強突煤層在高標準做到“鉆到位、孔封嚴、管到底、水放通”下，實現了長達半年以上時間的高效抽采，充分發揮了穿層鉆孔底板巷綜合效益最大化。

②在嚴封孔上，充分認識到穿層鉆孔巷道圍巖噴漿堵漏是實現孔封嚴的必要條件，實踐證明，嚴封孔就能實現抽采最大化。

③鉆孔封孔長期堅持“兩堵一注”，封孔必堵兩頭，必中間高壓注膨脹水泥，必驗收、考察抽采效果。不達標必嚴肅問責。

④充分運用抽采信息化手段，為抽采效果統計提供大量詳實基礎資料，便于分析瓦斯抽采過程中的問題與總結規律。

⑤堅定鉆孔增透技術路線，特別是掏穴增透技術積極運用和規范操作，最大化抽采瓦斯。下一步工作重點是攻關強突軟煤層增透防噴和鉆孔防堵技術，開辟頂底穿層鉆孔作為民用氣源的新途徑。

參考文獻：

[1]禹業挺，余陶，鄧中，肖峻峰.突出煤層穿層鉆孔增透強化抽采瓦斯消突效果研究[J].安徽建筑工業學院學報（自然科學版），2011（06）.

[2]蔡如法，童校長.穿層鉆孔掏穴增透強化抽采瓦斯技術研究[J].安徽建筑工業學院學報（自然科學版），2011（04）.

[3]降文萍.地面煤層氣抽采效果評價指標初探[J].資源與產業， 2010（05）.

作者簡介：

胡海利（1985-），男，安徽蕭縣人，現任淮南礦業集團公司潘集第三煤礦通風防突科助理工程師，2007年6月畢業于安徽理工大學采礦工程專業，學士學位。