鉆孔施工和沖孔期間防瓦斯超限綜合技術(shù)措施研究

摘要：通過(guò)對(duì)煤層底板抽采巷采用靜壓水、高壓沖孔泵水力沖孔期間瓦斯收集器、防噴裝置所收集的瓦斯量及規(guī)律進(jìn)行研究，掌握施工鉆孔和水力沖孔期間瓦斯涌出變化規(guī)律，并對(duì)瓦斯超限原因進(jìn)行分析，積極采取有效防范措施，消除瓦斯超限現(xiàn)象，確保礦井安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：水力沖孔 瓦斯 防超限 措施

1 概述

隨著瓦斯治理工作的不斷推進(jìn)，國(guó)家政策逐漸嚴(yán)緊，提出了“抽采不達(dá)標(biāo)，不進(jìn)煤層”的先進(jìn)理念，區(qū)域瓦斯治理措施由順層鉆孔本煤層治理轉(zhuǎn)變到穿層鉆孔底板巖巷抽采。由于穿層鉆孔施工地點(diǎn)為非擾動(dòng)實(shí)體煤地區(qū)，且瓦斯含量較高，在施工穿層鉆孔期間常有噴孔、頂鉆引起瓦斯超限現(xiàn)象，特別是水力沖孔期間，由于高壓水對(duì)鉆孔壁煤體的沖刷和切割，會(huì)造成短時(shí)的瓦斯涌出異常，瓦斯超限更為頻繁，給礦井生產(chǎn)造成安全隱患。同時(shí)國(guó)家規(guī)定，因瓦斯防治措施不到位，1個(gè)月內(nèi)發(fā)生2次瓦斯超限的礦井必須停產(chǎn)整頓，[1]且嚴(yán)禁在瓦斯超限的區(qū)域內(nèi)作業(yè)[2]。為了有效降低施工鉆孔和水力沖孔措施期間瓦斯超限頻率和幅度，通過(guò)對(duì)底抽巷水力沖孔期間距孔口回風(fēng)側(cè)不同位置涌出的瓦斯進(jìn)行測(cè)試、統(tǒng)計(jì)，繪制瓦斯?jié)舛茸兓€圖，分析水力沖孔期間瓦斯涌出變化規(guī)律，并對(duì)引起瓦斯超限原因進(jìn)行綜合分析，形成了整套的防止瓦斯超限綜合技術(shù)措施。

2 研究地點(diǎn)及概況

15081底抽巷為全負(fù)壓通風(fēng)巷道，進(jìn)風(fēng)量720m3/min，測(cè)試地點(diǎn)通尺320m，煤層原始瓦斯含量18.8m3/t，水力沖孔期間采用靜壓水沖孔時(shí)，壓力0.5～0.8MPa；采用高壓沖孔泵沖孔時(shí)，壓力8～12MPa。

3 測(cè)試方法

3.1 水力沖孔期間瓦斯收集器、防噴裝置收集瓦斯情況測(cè)試方法。15081底抽巷穿層抽采鉆孔施工見(jiàn)煤后，分別在瓦斯收集器、防噴裝置與分源抽采管路連接處安裝Ф50mm導(dǎo)流管，利用瓦斯綜合參數(shù)測(cè)定儀每5分鐘測(cè)定一次瓦斯?jié)舛取⒘髁俊⒇?fù)壓、溫度，直至施工完畢。

3.2 施工地點(diǎn)回風(fēng)側(cè)瓦斯收集器距孔口不同位置的測(cè)試方法。在鉆孔施工地點(diǎn)回風(fēng)側(cè)依次布置1～4號(hào)4個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)懸掛甲烷便攜儀，懸掛位置在巷道中線處，且距頂板不大于300mm，距施工地點(diǎn)分別為2.5m、5m、7.5m、10m，其中2#、3#測(cè)點(diǎn)上風(fēng)側(cè)懸掛有瓦斯收集器，用于監(jiān)測(cè)水力沖孔期間瓦斯?jié)舛茸兓闆r及影響范圍。

4 測(cè)試結(jié)果及分析

4.1 采用靜壓水水力沖孔期間，瓦斯收集器所收集的瓦斯量及規(guī)律。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)篩選，選取3個(gè)抽采鉆孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。一號(hào)瓦斯收集器距離施工地點(diǎn)較近，收集的瓦斯量較多，是二號(hào)瓦斯收集器的2倍，但兩個(gè)瓦斯收集器實(shí)測(cè)的瓦斯?jié)舛葲](méi)有太大變化。經(jīng)計(jì)算，單個(gè)穿層鉆孔從開(kāi)始沖孔至結(jié)束，瓦斯收集器可收集瓦斯量約0.115m3。

經(jīng)分析，當(dāng)穿層鉆孔見(jiàn)煤后，煤體快速卸壓，同時(shí)釋放大量瓦斯，瓦斯涌出量突然增加，施工至3～5m后，煤體內(nèi)瓦斯壓力趨于平衡，瓦斯釋放速度放慢；施工至最后1-2m時(shí)，由于煤層頂板以下為軟煤，瓦斯釋放速度加快，此時(shí)易出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象。

4.2 采用高壓沖孔泵水力沖孔期間瓦斯收集器所收集的瓦斯量及規(guī)律。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)篩選，選取3個(gè)抽采鉆孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。由于一號(hào)瓦斯收集器距離施工地點(diǎn)較近，收集的瓦斯量較多，是二號(hào)瓦斯收集器的7倍，但兩個(gè)瓦斯收集器所實(shí)測(cè)的瓦斯?jié)舛葲](méi)有太大變化。經(jīng)計(jì)算，單個(gè)穿層抽采鉆孔從開(kāi)始沖孔至結(jié)束，瓦斯收集器可收集瓦斯量約0.195m3。經(jīng)分析，當(dāng)穿層鉆孔見(jiàn)煤后，瞬間破壞煤體內(nèi)原有瓦斯應(yīng)力平衡，使瓦斯壓力快速卸壓，同時(shí)釋放大量瓦斯，但由于水壓較大且持續(xù)供給，瓦斯?jié)舛柔尫潘俣瘸掷m(xù)穩(wěn)定，直至穿過(guò)煤層。

4.3 采用靜壓水水力沖孔期間防噴裝置收集的瓦斯量及規(guī)律。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)篩選，選取3個(gè)抽采鉆孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。沖孔期間，防噴裝置可以吸收大量瓦斯，瓦斯?jié)舛取⒒旌狭髁俊⒓兞髁恐灯毡檩^大；經(jīng)計(jì)算，單個(gè)穿層抽采鉆孔從開(kāi)始沖孔至結(jié)束，防噴裝置可收集瓦斯量約13m3。防噴裝置內(nèi)瓦斯?jié)舛入S沖孔時(shí)間的延長(zhǎng)而變大，一般沖孔時(shí)間在10～15min后，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大值，之后由于防噴裝置封閉較為嚴(yán)密，沖出的煤渣與瓦斯不易釋放，造成瓦斯涌出量忽大忽小。

4.4 采用高壓沖孔泵水力沖孔期間防噴裝置所收集的瓦斯量及規(guī)律。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)篩選，選取3個(gè)抽采鉆孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用高壓沖孔泵沖孔期間，防噴裝置可以吸收大量瓦斯，相比較靜壓水混合流量、純流量值普遍較大；經(jīng)計(jì)算，單個(gè)穿層抽采鉆孔從開(kāi)始沖孔至結(jié)束，瓦斯收集器可收集瓦斯約15m3。防噴裝置內(nèi)瓦斯?jié)舛入S沖孔時(shí)間的延長(zhǎng)而變大，一般沖孔時(shí)間在10～15min后，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大值，之后由于防噴裝置封閉較為嚴(yán)密，沖出的煤渣與瓦斯不易釋放，造成瓦斯涌出量忽大忽小。

4.5 合理布置瓦斯收集器距施工地點(diǎn)的距離。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)篩選，采用靜壓水、高壓沖孔泵沖孔期間，瓦斯?jié)舛扔砍鲆?guī)律基本一致，回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛入S沖孔時(shí)間的延長(zhǎng)而變大，尤其是在鉆孔施工完畢停鉆后，瓦斯?jié)舛纫廊缓艽螅⑶矣卸虝盒試娍住Ｓ?#、2#測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析確定，施工地點(diǎn)回風(fēng)側(cè)3-5m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸畲螅掷m(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，施工中涌出的瓦斯在這個(gè)范圍內(nèi)未混合到巷道風(fēng)流中，積聚性較強(qiáng)。

4.6 測(cè)試結(jié)果分析：①單個(gè)穿層鉆孔從開(kāi)始施工至結(jié)束，采用靜壓水水力沖孔和高壓沖孔泵水力沖孔時(shí)，防噴裝置和瓦斯收集器共計(jì)收集瓦斯量分別約13.115m3和15.195m3。②經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，15081底抽巷在抽鉆孔1413個(gè)，10寸總孔板測(cè)定每七天瓦斯抽出量約10000m3，每孔抽出量為7.75m3。因此，采用靜壓水和高壓沖孔泵沖孔，單個(gè)穿層鉆孔所收集的瓦斯量分別是正常抽采量的1.7倍和2倍。③瓦斯收集器的作用就是將孔內(nèi)涌出的瓦斯在未混入到風(fēng)流中時(shí)就及時(shí)收集，建議瓦斯收集器的懸掛位置應(yīng)在施工地點(diǎn)回風(fēng)側(cè)3～5m范圍內(nèi)。④對(duì)比沖孔效果，從測(cè)定數(shù)據(jù)可知，采用高壓沖孔泵沖孔，瓦斯?jié)舛群挽o壓水沖孔大致相同，但混合流量有所增加，瓦斯涌出量較大。⑤抽采鉆孔施工完畢后，由于孔內(nèi)部分瓦斯壓力未卸壓，在起鉆后仍會(huì)出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象。⑥針對(duì)沖孔期間瓦斯涌出存在間歇性和不穩(wěn)定性，且孔內(nèi)時(shí)長(zhǎng)伴有小型突出。

4.7 根據(jù)施工鉆孔和水力沖孔措施期間瓦斯變化情況對(duì)超限原因綜合分析。①穿層鉆孔初見(jiàn)煤體或進(jìn)入軟煤發(fā)育區(qū)時(shí)，由于鉆孔打破了原有瓦斯賦存平衡狀態(tài)，致使煤層中大量的高壓瓦斯瞬間解吸，噴出鉆孔引起瓦斯超限。②軟煤發(fā)育區(qū)瓦斯含量高，鉆孔塌孔嚴(yán)重，積渣堵塞鉆孔后排渣不利，當(dāng)壓力聚積到一定程度后，煤渣與瓦斯突然噴出，引起瓦斯超限。③鉆機(jī)退鉆過(guò)程中，由于退鉆速度快，大量的瓦斯和煤體快速涌出，引起瓦斯超限。④穿層鉆孔進(jìn)行水力沖孔期間，由于高壓水體快速剝離煤體，大量的瓦斯及煤渣在高壓水流的作用下瞬間噴出鉆孔，引起瓦斯超限。⑤抽采鉆孔施工完畢后，未及時(shí)進(jìn)行連抽，由于孔內(nèi)部分瓦斯壓力未卸壓，在起鉆后仍會(huì)出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象，造成噴孔時(shí)瓦斯直接進(jìn)入巷道風(fēng)流中，引起瓦斯超限。⑥防噴裝置抽采連接管管徑細(xì)或防噴裝置與鉆桿接觸區(qū)域封閉不嚴(yán)等原因，造成噴孔時(shí)部分瓦斯進(jìn)入巷道風(fēng)流中，引起瓦斯超限。⑦煤層底（頂）板抽采巷內(nèi)施工穿層鉆孔時(shí)多臺(tái)鉆機(jī)平行作業(yè)同時(shí)見(jiàn)煤，由于瓦斯涌出量疊加，引起瓦斯超限。⑧巷道配風(fēng)量小，不能有效稀釋打鉆期間涌出的瓦斯，引起瓦斯超限。

5 防治瓦斯超限綜合措施

①?gòu)脑搭^著手，規(guī)范巷道設(shè)計(jì)，確保通風(fēng)系統(tǒng)合理、可靠。②利用井下瓦斯抽采泵站實(shí)施高、低濃度分源抽采，確保易噴孔區(qū)域打鉆、沖孔全程連抽。③有噴孔現(xiàn)象的地區(qū)，打鉆和水力沖孔期間，必須使用防噴裝置，防止瓦斯超限。④改進(jìn)并完善防噴裝置，加大抽放連接管路直徑（不小于100mm），提高各連接部位密封性能。⑤推廣使用孔口及巷道風(fēng)流瓦斯收集裝置“雙保險(xiǎn)”，降低巷道風(fēng)流瓦斯?jié)舛取＂藓侠戆才陪@孔施工順序，充分利用已連抽鉆孔的卸壓作用，降低噴孔強(qiáng)度。⑦在打鉆地點(diǎn)回風(fēng)側(cè)3m范圍、10-15m范圍分別吊掛甲烷檢測(cè)報(bào)警儀和甲烷傳感器，對(duì)巷道內(nèi)風(fēng)流瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。⑧抽采巷道內(nèi)多臺(tái)鉆機(jī)平行作業(yè)時(shí)，嚴(yán)禁同時(shí)見(jiàn)煤，防止瓦斯集中涌出。⑨鉆孔施工結(jié)束后應(yīng)及時(shí)連抽，減少鉆孔瓦斯涌出，降低風(fēng)流瓦斯?jié)舛取?/p>

6 結(jié)論

①通過(guò)測(cè)試對(duì)比、分析靜壓水和高壓沖孔泵水力沖孔期間瓦斯收集器、防噴裝置所收集的瓦斯量及規(guī)律，確立了高壓水力沖孔效果。②通過(guò)密切觀察施工鉆孔和水力沖孔期間孔內(nèi)及涌入巷道內(nèi)的瓦斯變化情況，掌握瓦斯涌出變化規(guī)律，改進(jìn)完善防噴和瓦斯收集裝置。③通過(guò)不同測(cè)點(diǎn)瓦斯收集器收集瓦斯量的對(duì)比分析，合理布置瓦斯收集裝置，確保效果最好。④對(duì)瓦斯超限原因進(jìn)行綜合分析，完善了各項(xiàng)防范措施，形成了整套的防治瓦斯超限綜合技術(shù)措施體系。⑤根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，防治瓦斯超限綜合技術(shù)措施推廣應(yīng)用以來(lái)，礦井瓦斯超限次數(shù)同比下降90%以上，杜絕了1.5%濃度以上瓦斯超限現(xiàn)象，促進(jìn)了礦井安全生產(chǎn)。

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[2]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.《煤礦安全規(guī)程》[S].煤炭工業(yè)出版社，2011.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)，國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.《煤礦瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)五十條》[S].北

京，2005，3-22.

作者簡(jiǎn)介：

孫海朋（1983-），男，河南滑縣人，助理工程師，本科學(xué)歷，現(xiàn)從事一通三防技術(shù)管理工作。