平煤十三礦穿層鉆孔抽采瓦斯濃度異常分析

張福旺

（平頂山天安煤業股份有限公司勘探工程處，河南 平頂山467000）

1 試驗地點概況

平煤十三礦己15.17－11111 走向采面位于己一采區東翼第六區段，為突出危險區，煤厚4.35～6.2m，平均5.8m，煤層傾角10°～19°，工作面標高－470～－630m，設計可采走向長1 000m，傾斜長150m，采高3m。瓦斯含量16.98m3／t，實測瓦斯壓力3.6 MPa（－588m 標高）。為掩護機巷煤層掘進，采用機巷底抽巷穿層預抽條帶瓦斯。機巷底抽巷為半圓拱，長1 072m，巷高3.5m，巷寬4.5m，采用錨網支護，機巷底抽巷與機巷重疊布置，距煤層底板12～19m。煤層底板至底抽巷之間主要是砂質泥巖、泥巖與砂巖互層、泥巖。

2 瓦斯抽采鉆孔布置及封孔工藝

2.1 鉆孔布置

穿層鉆孔預抽條帶煤層瓦斯，控制突出煤層煤巷掘進工作面兩幫各15 m 的范圍。設計鉆孔孔徑Φ94mm，鉆孔布置方式為扇形，如圖1所示。沿巷道走向分組布置鉆孔，每組施工13個鉆孔，便于鉆孔開孔，13個鉆孔分兩排，分別施工單雙號鉆孔，排間距2.5 m。孔深穿透己15.17煤層頂板0.5m。

圖1 穿層鉆孔布置圖

2.2 封孔工藝

一注式封孔裝置如圖2所示，其封孔裝置由兩個囊帶和一根注漿管構成，依靠裝置壓力控制機構，實現囊帶和封孔段先后注漿，實現封孔，其中囊帶是實現封孔段有效封孔的預封堵結構。十三礦機巷底抽巷穿層鉆孔封孔長度為8m，封孔位置從距孔口10～18 m 范圍。

圖2 一注式封孔裝置

3 穿層孔抽采中存在的問題及分析

己15.17－11111 機 巷 底 抽 巷 從 外 口 的D12鉆場至最里端的D31長1 072m，預計施工穿層鉆孔2 782個，安排5＃和4＃兩部鉆機分別從D12 和D23 向巷里逐步施工。D12鉆場至D16 鉆場成孔封孔后，抽采30 d，孔口濃度30%～40%，最高82%；但D23鉆場往里至D25之間，抽采7d孔口濃度即降至12%左右，為此對該地點穿層鉆孔進行了分析。

3.1 打鉆現象對比

兩部鉆機施工中，4＃鉆機（D23～D25鉆場）未發生一次噴孔，而5＃鉆機，從施工D12至D16鉆場期間極易發生噴孔。曾經懷疑是不同操作人員鉆孔施工過程不同導致噴孔發生，采取了兩組人員對換的方法，發現噴孔發生狀況未得到改善。D12鉆場施工期間共41個鉆孔噴孔，占總鉆孔數的29.7%；而D16鉆場施工期間僅發生4次噴孔，且均為輕微噴孔。D12～D16之間噴孔鉆孔（不包括一孔發生多次噴孔現象）如圖3所示。

圖3 5＃鉆機施工中噴孔鉆孔數統計結果

3.2 孔口自然排放瓦斯情況

D12～D16鉆場鉆孔施工完成后，尤其是巷道外口的D12鉆場的鉆孔進行封孔時，能明顯感覺鉆孔向外排放氣體，鉆孔成孔后即封孔抽采，即單班很少出現裸孔存在。D23～D25之間成孔后，封孔過程幾乎感覺不出氣體排出，實測D23－9部分鉆孔成孔后氣體自然涌出情況見表1，可見，單孔自然排放量較小。

表1 鉆孔自然排放瓦斯流量測試結果

3.3 煤層厚度對比

與D16測點附近的鉆孔相比，D23附近鉆孔穿煤厚度出現了明顯的降低，如圖4和圖5所示，D16測點的鉆孔結果表明，該位置鉆孔平均穿煤7m，而同樣的角度的鉆孔在D23測點附近，鉆孔平均穿煤僅5m，這表明D23測點位置煤厚變薄了，圖5還看出越往底抽巷里，煤厚越薄的特征。

圖4 D16測點附近鉆孔穿煤情況

圖5 D23測點附近鉆孔穿煤情況

3.4 鉆孔滲水對比

跟班考察及鉆孔濃度測試時發現，D23鉆場鉆孔內滲水嚴重，部分鉆孔甚至在濃度測試時，能從鉆孔的濃度測試孔中直接流水，排水后，進行濃度測試，一般單組13個鉆孔測試完，高濃度光學瓦斯機的干燥劑基本失去作用。觀察巷道頂板可見到頂板巖層的層狀裂隙中一道道黑色水澤線，這是典型的巖層少量滲水特征。對己15.17－11111 周邊巷道狀況分析可知，D23位置是小向斜接近向斜軸部位置，同時該位置煤層對應的上階段為己15.17－11090采面機巷泄水巷位置，如圖6所示。該位置鉆孔抽采瓦斯濃度低推測的原因與煤層含水有關，水分進入煤層，充填煤體裂隙，尤其是煤層透氣性很低的情況下，水在裂隙中表面張力作用下，滲入裂隙內部，包裹煤體，再加之該區域瓦斯壓力降低（根據噴孔發生次數減少推斷），瓦斯不易從煤體中得到釋放，初始濃度會較低。

圖6 己15.17－11111D23鉆場抽采區域環境特征

4 結論

通過對平煤十三礦煤層底板巷穿層鉆孔抽采瓦斯濃度變化特征分析，得到如下結論：

D12～D16鉆場間穿層鉆孔封孔后抽采瓦斯濃度結果表明，一注式封孔工藝在十三礦應用是成功的，合適的封孔參數下，鉆孔能夠抽采大量高濃度瓦斯。

在其他條件不變下，穿層鉆孔抽采瓦斯濃度的影響不僅和鉆孔封孔方式、工藝以及封孔參數有關，煤層本身特征對抽采瓦斯影響也較大，如煤層瓦斯含量（壓力）、煤層厚度以及煤層含水情況。

煤層本身瓦斯含量是影響鉆孔抽采瓦斯量的主要因素，煤孔長度和煤層含水是影響鉆孔抽采瓦斯效果的次要因素。

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