平煤八礦瓦斯抽采鉆孔一注式封孔參數研究

范付恒

（平頂山天安煤業股份有限公司勘探工程處，河南 平頂山467000）

平煤八礦是平煤集團下屬煤與瓦斯突出礦井，瓦斯抽采一直是礦井安全生產面臨的主要難題之一，采用聚氨酯封孔存在封孔質量差，抽采瓦斯濃度不高；采用聚氨酯＋水泥漿一堵一注及兩堵一注封孔存在封孔工藝復雜，封孔材料運輸困難等問題。為此以輕便的專用封孔材料代替水泥、采用一注式封孔裝置代替聚氨酯，試驗了一注式封孔裝置及工藝，收到了較好的效果。

1 試驗地點概況

研究在八礦己15－14140 切眼底抽巷穿層鉆孔，及己15－14140 機巷順層鉆孔中進行。己15－14140工作面位于突出危險區域，標高－590～－665m，煤層傾角17°～28°，平均22°，呈西緩東陡之趨勢。工作面瓦斯壓力1.8MPa，瓦斯含量22m3／t，煤厚3.4～3.85 m，平均3.6m，在構造區域有變薄情況，工作面布置示意如圖1所示。

圖1 八礦己15－14140采面布置示意圖

2 瓦斯抽采鉆孔布置

2.1 穿層鉆孔布置

己15－14140 底抽巷距離己15煤層平均18m 左右，采用穿層鉆孔抽采己15煤層瓦斯，為掩護工作面切眼掘進，機巷底抽巷繼續掘進形成切眼底抽巷，如圖1所示。為了方便鉆機施工，切眼底抽巷穿層鉆孔按上山方向仰角56°施工，孔徑Φ94mm，每4m 一組，每組11個鉆孔，每組鉆孔呈一列扇形布置，孔間距4m，鉆孔布置如圖2所示。

圖2 鉆孔布置示意圖

2.2 順層鉆孔布置

工作面順層鉆孔布置在工作面機巷，開孔點距離煤層底板約1.3m，鉆孔垂直巷幫煤壁沿煤層傾角上向打鉆，鉆孔間距3m，孔深100m，孔徑Φ113mm。

3 封孔參數

為了避開巷道裂隙對封孔質量的影響，同時考慮減少鉆孔封孔材料的使用，穿層鉆孔封孔深度距孔口4～10m，封孔長度6m。受機巷底抽巷穿層鉆孔預抽瓦斯作用，工作面機巷兩幫15m 范圍內煤體瓦斯得到了釋放，且煤體發生變形破壞，為了考察穿層鉆孔對順層鉆孔封孔的影響，順層鉆孔封孔長度為8m，封孔范圍采用三種：8～16m、12～20 m 和15～23m。

4 瓦斯抽采效果

4.1 穿層鉆孔抽采效果

己15－14140 切眼穿層鉆孔共統計了第3、第4和第5組共計33個鉆孔。鉆孔抽采期間，孔口負壓基本維持在－20kPa。統計期間，第3組穿層孔抽采45d，第4組抽采42 d，第5組共計抽采35d。抽采期間各鉆孔孔口瓦斯濃度如圖3～圖5所示，總體看，3組鉆孔抽采瓦斯濃度變化特征基本一致。

圖3 第3組穿層孔抽采瓦斯濃度

圖4 第4組穿層鉆孔抽采瓦斯濃度

圖5 第5組穿層鉆孔抽采瓦斯濃度

從圖3結果看，最初抽采的15d（8月26日至9月10日）各鉆孔瓦斯濃度呈現上升趨勢，鉆孔瓦斯濃度由始抽的40%～80%逐漸增加到70%～90%，平均增幅25%；隨后鉆孔瓦斯濃度趨于穩定，整個第3組鉆孔平均瓦斯濃度在80%左右；繼續抽采15d后，即9月26日后，各鉆孔瓦斯濃度均有輕微的衰減，至10月9日，鉆孔已抽采45d，鉆孔平均濃度仍有75.9%，濃度最低的鉆孔也有70%，最高83%。

綜合三組33個鉆孔抽采的瓦斯濃度特征看：

一注式封孔方法及工藝在己15－14140切眼底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采封孔中效果是顯著的，遠遠超出了預期的30d抽采濃度達到30%的要求。

與傳統聚氨酯或聚氨酯＋水泥漿封孔方法相比，抽采瓦斯濃度變化規律不同。原封孔方法封孔后，初始瓦斯濃度往往很高，但一般3～5d后即會衰減至20%左右，即便條件較好的地點，濃度往往也會衰減至50%左右。而一注式封孔初始平均濃度即可達50%，隨后的45d內抽采期（統計的時間期限），鉆孔瓦斯濃度基本在70%以上。

鉆孔抽采45d 左右后，33 個鉆孔中有22個鉆孔表現了下降趨勢（剩余11 個鉆孔表現了類似傾向）。分析認為，鉆孔抽采45d后的濃度下降是煤層瓦斯逐漸枯竭的征兆。

4.2 順層鉆孔抽采效果

研究中隨機統計了18個順層鉆孔，其中封孔范圍8～16m 的鉆孔5個，封孔范圍12～20m 的鉆孔2個，封孔范圍15～23m 的鉆孔11個。統計期間順層鉆孔孔口負壓基本在－18kPa左右。

圖6～圖8是不同封孔參數順層鉆孔瓦斯抽采濃度結果，可見抽采瓦斯濃度隨著抽采時間的延長，先增加而后減小，總體濃度較高。但不同的封孔參數瓦斯濃度變化特征也存在差別。封孔8～16m 時，鉆孔抽采56d的時間內，瓦斯濃度保持上升，60d后，瓦斯濃度逐漸下降。封孔12～20m 時，鉆孔抽采66d中，瓦斯濃度一直上升。封孔15～23m時，瓦斯濃度變化表現出三種特征：當順層鉆孔初始抽采濃度較高時（70%以上），鉆孔保持高濃度抽采時間能持續很長時間，抽采45 d后，鉆孔瓦斯濃度開始下降；初始抽采濃度42%左右時，抽采濃度逐漸上升，約50d后，鉆孔瓦斯濃度開始下降；初始濃度20%左右比較低時，鉆孔保留高濃度抽采瓦斯時間相對較長。

圖6 封孔深度8～16m 順層孔瓦斯濃度

圖7 封孔深度12～20m 順層孔瓦斯濃度

順層鉆孔抽采瓦斯濃度結果說明，八礦己15煤層順層鉆孔封孔參數為8～16m 即可實現抽采高濃度瓦斯，封孔深度的變化對煤層預抽時間稍有影響，封孔深度深，初始抽采濃度高，瓦斯能夠迅速被抽采出；封孔深度淺，盡管初始濃度低，但隨著抽采進行，鉆孔瓦斯濃度逐漸升高；抽采約60d后，不同封孔深度的鉆孔瓦斯濃度基本相當。可見穿層鉆孔對試驗地區順層鉆孔抽采瓦斯影響不大，從盡快抽出煤層瓦斯角度出發，建議八礦順層鉆孔封孔范圍取15～23m。

圖8 封孔深度15～23m 順層孔瓦斯濃度

五 結論

通過一注式封孔裝置在平煤八礦的應用，得到如下結論：

八礦己組煤層采用一注式封孔裝置封孔效果較好，順層鉆孔抽采67d、穿層鉆孔抽采45d期間，鉆孔均能抽采高濃度瓦斯。

穿層鉆孔抽采瓦斯濃度表現為上升—平穩—下降的特性，一般抽采30d后，煤層瓦斯開始枯竭。建議己組穿層鉆孔封孔參數為4～10m。

順層鉆孔封孔范圍8～16m 即可抽采高濃度瓦斯，封孔深度對鉆孔抽采的瓦斯濃度和鉆孔實際抽采期有一定的影響，建議八礦己組順層鉆孔封孔深度采用15～23m。

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