下向穿層鉆孔施工工藝研究

摘 要：文章以某煤礦保護(hù)層工作面鉆場施工K3b煤層穿層鉆孔為研究背景，研究了保護(hù)層工作面鉆場施工K3b煤層穿層下向鉆孔的施工工藝，并在鉆場施工了下向穿層鉆孔，有效地提高了鉆場鉆孔穿煤效果和減少了鉆孔施工時(shí)間，該施工工藝具有良好的實(shí)用性和廣闊的推廣前景。

關(guān)鍵詞：采礦工程；下向鉆孔；施工工藝

煤炭是我國主導(dǎo)能源，隨著礦井開采深度增加和開采強(qiáng)度增大，煤層瓦斯含量和地應(yīng)力增大，突出危險(xiǎn)程度更為嚴(yán)重，伴隨有災(zāi)害強(qiáng)度大，防治困難和災(zāi)害損失嚴(yán)重等特點(diǎn)[1-5]。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，瓦斯抽采是解決煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害事故的根本措施，對(duì)于降低瓦斯壓力、消除煤與瓦斯突出等動(dòng)力災(zāi)害有著十分重要的作用，穿層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)是通過在距離煤層頂板或底板一定距離的穩(wěn)定巖層中，超前煤層掘進(jìn)巷道施工一條巖層巷道，并通過該巷道向煤層掘進(jìn)巷道周圍煤體中施工穿層抽采鉆孔，經(jīng)過一定時(shí)間的預(yù)抽，降低直至消除掘進(jìn)工作面前方的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，形成巖巷掩護(hù)煤巷掘進(jìn)的安全防突格局。隨著西南某煤礦進(jìn)入深部水平開采，原有部分運(yùn)輸巷鉆場K3b煤層穿層孔由于孔深超過100m，運(yùn)輸巷施工穿煤困難，為此在該礦保護(hù)層工作面回風(fēng)巷鉆場進(jìn)行K3b煤層穿層下向孔現(xiàn)場試驗(yàn)，有效的提高了鉆場鉆孔穿煤效果和減少了鉆孔施工時(shí)間。

1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

K3b煤層穿層下向鉆孔試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在2224-2采面回風(fēng)巷鉆場，2224-2采面位于+100m水平二采區(qū)北翼+175m～+240m階段N6#～N4#石門之間，北為礦井井田邊界，南為2224-1采面（未布置），東為2222-2采面（正在回采），西為2226-2采面（未布置），工作面走向長664m，傾斜長100～111m，煤層厚度0.67～0.8m，平均0.72m，煤層傾角33～35°。

2 現(xiàn)有鉆孔布置方式存在的問題

保護(hù)層工作面抽采K3b煤層瓦斯的抽采鉆孔布置在工作面運(yùn)、回風(fēng)巷鉆場，目前鉆孔布孔方式為在工作面運(yùn)輸巷施工反向孔和正向孔，控制工作面回風(fēng)巷高程以下至運(yùn)輸巷卸壓范圍，在工作面回風(fēng)巷施工正向孔和反向孔，控制工作面回風(fēng)巷高程以上至回風(fēng)巷卸壓范圍，圖1為保護(hù)層工作面運(yùn)輸巷鉆場反向孔與回風(fēng)巷鉆場下向孔對(duì)比圖。

由圖1可以看出，現(xiàn)有鉆場鉆孔布孔方式主要存在以下問題：

（1）在工作面運(yùn)輸巷鉆場施工反向孔控制工作面回風(fēng)巷高程以下25m范圍，鉆孔與K3b煤層交角在16°以下，根據(jù)鉆孔施工情況，鉆孔與煤層交角小于18°鉆孔穿煤困難，多數(shù)鉆孔在穿煤前便沿煤層底板粘土泥巖鉆進(jìn)，無法穿過煤層底板進(jìn)入K3b煤層。

（2）工作面運(yùn)輸巷鉆場控制工作面回風(fēng)巷高程以下25m范圍的反向孔，鉆孔深度在70m以上，最深達(dá)100m左右，由于鉆孔需過硬巖，鉆孔施工困難，如在2222-1運(yùn)輸巷鉆場施工深度在90m左右的反向孔，施工時(shí)間過長，嚴(yán)重制約鉆場施工。

而在工作面回風(fēng)巷鉆場施工下向孔，鉆孔深度在50m以內(nèi)，鉆孔與煤層交角大于20°，可有效地解決以上兩個(gè)問題。

3 下向穿層鉆孔試驗(yàn)施工情況

試驗(yàn)在2224-2采面回風(fēng)巷14#高位鉆場和12#、13#淺鉆場進(jìn)行，共計(jì)施工26個(gè)下向穿層鉆孔，鉆孔進(jìn)尺938.36m。其中14#高位鉆場施工下向鉆孔11個(gè)，鉆孔傾角為-8～-13°，鉆孔深18～36m；13#淺鉆場施工下向鉆孔7個(gè)，鉆孔傾角為-6～-20°，鉆孔深28～76m，在此鉆場施工了大傾角下向試驗(yàn)鉆孔，鉆孔傾角-20°，孔深達(dá)76.96m，穿煤1.9m；12#淺鉆場施工下向鉆孔8個(gè)，鉆孔傾角為-6～-20°，鉆孔深28～59m。為防止下向鉆孔積水，在施工時(shí)將鉆場積水清理干凈，且每個(gè)鉆孔施工完成均立即用馬麗散進(jìn)行封堵。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 下向鉆孔鉆進(jìn)效果分析

下向鉆孔鉆進(jìn)速度采用硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)普通巖石時(shí)速度在5～10min/根，采用胎體復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)時(shí)硬巖時(shí)速度在15～20min/根，鉆進(jìn)速度與施工K3b煤層穿層正向孔時(shí)相差不大，通過試驗(yàn)表明，鉆孔傾角-20°時(shí)，可達(dá)到鉆進(jìn)鉆孔深77m左右，且每個(gè)下向孔均能穿K3b煤層1m左右，鉆孔成孔率達(dá)100%，能夠滿足該煤礦K3b煤層瓦斯抽采鉆孔施工的需要。

4.2 下向鉆孔施工的優(yōu)點(diǎn)

4.2.1 由于運(yùn)輸巷鉆場第1～2排反向孔孔深均在80m左右，而將運(yùn)輸巷這2排反向孔控制范圍移至回風(fēng)巷鉆場施工，孔深在30～50m左右，在控制K3b煤層范圍和抽采半徑不變的情況下，可有效地減少工作面K3b煤層穿層孔鉆孔進(jìn)尺。

4.2.2 由于運(yùn)輸巷鉆場第1～2排反向孔孔深均在80m左右，鉆孔傾角在60°以下，鉆孔穿煤交角在16°以下，造成鉆孔在進(jìn)入K3b煤層底板粘土泥巖后，沿著煤層底板鉆進(jìn)，鉆孔無法進(jìn)入K3b煤層，鉆孔穿煤困難。而采用回風(fēng)巷施工下向孔后，由于鉆孔孔深在50m以下，鉆孔穿煤交角在20°以上，能夠保證鉆孔穿煤效果。

4.3 下向鉆孔施工的缺點(diǎn)

4.3.1 由于采用下向鉆孔，在該礦目前施鉆條件下，只能采用壓風(fēng)排粉，鉆孔施工過程中鉆頭溫度較高，容易損壞鉆頭，且粉塵較大，不利于員工勞動(dòng)保護(hù)；

4.3.2 下向鉆孔在施工過程中不得有水進(jìn)入，否則影響鉆孔抽采效果，故對(duì)鉆場要求不得積水，且如果遇地質(zhì)變化鉆孔內(nèi)出現(xiàn)水時(shí)鉆孔無法保證抽采效果。

5 結(jié)論和建議

5.1 通過下向穿層鉆孔試驗(yàn)表明，采用現(xiàn)有ZYG150C型鉆機(jī)和鉆具的條件下，使用壓風(fēng)排粉可施工傾角在-20°左右，孔深75m左右的下向孔，且鉆進(jìn)時(shí)間與施工正向孔相差不大。

5.2 在傾斜煤層保護(hù)層工作面回風(fēng)巷施工K3b煤層穿層下向鉆孔，可提高鉆孔穿煤效果，減少運(yùn)輸巷鉆場施工反向深孔，在控制K3b煤層抽采范圍和抽采半徑不變的條件下，有效地減少了工作面鉆孔進(jìn)尺，可在該煤礦+100m水平二采區(qū)和-300m水平各采區(qū)保護(hù)層工作面鉆場抽采鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]林柏泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1998.

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[4]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[5]龐才龍.高瓦斯煤層中掘進(jìn)瓦斯治理技術(shù)[J].煤炭技術(shù)，2011，30（3）：116-118.

作者簡介：王京生（1986-），男，山東人，副主任工程師，主要從事采礦工程方面的工作。