高賦水條件下下向穿層鉆孔施工技術研究

林昌環　黃學礦

摘 要：文章以顧北煤礦-600m～-633m南翼1煤回風斜巷揭1煤區域防突措施鉆孔施工情況和預抽效果為依據，分塊段統計分析高賦水條件下下向穿層鉆孔施工和封孔工藝對瓦斯預抽效果的影響，從而給礦井突出煤層的防突打鉆工作提供經驗和教訓。

關鍵詞：高賦水；下向；穿層鉆孔；預抽效果；技術研究

引言

長期以來，突出礦井通常采用在突出煤層底抽巷施工上向穿層鉆孔、順煤層鉆孔抽采瓦斯，取得較好的消突效果，在瓦斯治理方面發揮了很大的作用。但是，在石門揭煤工作面中，通常采用施工下向穿層鉆孔的區域防突措施，且在下向穿層鉆孔施工過程中往往出現排水、排渣的難題，文章主要研究下向穿層鉆孔的排水、排渣和封孔工藝等關鍵技術，解決高賦水條件下下向穿層鉆孔抽采瓦斯的技術難點。

1 顧北煤礦-600m～-633m南翼1煤回風斜巷揭1煤概況

1.1 瓦斯地質情況

-600m～-633m南翼1煤回風斜巷揭1煤段位于-648m井底車場西南，揭煤處1煤層底板標高-641m，為礦井首次揭露1煤層。該巷道凈高為4.5m，凈寬為5.8m，以15°下山掘進。揭煤處1煤層最大原始瓦斯壓力1.52MPa，最大原始瓦斯含量4.95m3/t。本巷道施工巖性主要為1煤、泥巖及砂質泥巖等。主要水害為砂巖、構造裂隙水及太原組灰巖巖溶裂隙水，富水性較強，根據區域防突措施鉆孔施工過程顯示，單孔最大涌水量為20m3/h。

1.2 區域防突措施執行情況

區域防突措施：在南一1煤采區頂板軌道巷內（高抽巷）施工下向穿層鉆孔，鉆孔最小控制范圍是揭煤處巷道輪廓線外12m，且控制范圍邊緣到巷道輪廓線最小法距不小于5m，單孔抽采半徑按1.5m布置。實際施工鉆孔數289個，鉆孔量16800m，最深鉆孔達95m，平均孔深60m。（如圖1所示）

1.3 鉆孔施工難點重點

一是鉆孔施工長度長，孔內巖粉排出困難。因此，解決施工下向孔的排渣問題是下向孔成功與否的關鍵工藝。二是下向鉆孔（尤其是長鉆孔）施工過程容易發生埋鉆、掉鉆現象。三是下向鉆孔為了便于封孔，鉆孔傾角應該盡量大。四是該區域有砂巖裂隙水，對封孔效果產生很大影響。因此，必須提高封孔質量，封住砂巖裂隙水，減少流入鉆孔中的裂隙水，確保鉆孔瓦斯抽采鉆孔不漏氣，提高抽采效果。五是鉆孔內沉積水對瓦斯抽采將產生很大影響，必須解決好下向鉆孔的集中排水問題。

2 區域防突措施鉆孔施工和抽采情況

-600m～-633m南翼1煤回風斜巷揭1煤區域防突措施鉆孔設計施工了289個鉆孔，分成A塊段65個鉆孔、B塊段224個鉆孔。A塊段在高抽巷內預先施工，施工日期為2014年7月6日～7月25日，B塊段在南翼1煤頂板軌道巷內施工，施工日期為2014年9月24日～11月23日。

2.1 鉆孔施工深度和封孔方式

B塊段：

（1）鉆孔施工深度：過煤層后繼續向煤層底板施工10m后收鉆。

（2）鉆孔封孔方式：先向孔內下入一路1 PVC花管至孔底，然后從1 PVC花管里向孔內下入高壓膠皮管（高壓膠皮管前端1～5m之間須打成花管）至孔底。若孔內有水，則把下入孔內的膠皮管連接系統壓風進行吹孔，排出孔內積水。再從1 PVC花管外向孔內孔下入不少于16m1.5 （或2 ）PVC實管（其中孔口一根鐵管）外漏300mm左右，并在距孔口14m處套管上扎1～1.5m長雙層內膜礦用編織袋，倒入聚氨酯（A、B各1.5L）進行座底，座底段下部PVC管上需綁扎繩索或扎絲并延伸至孔口，下管過程中用以固定PVC管防止封孔管脫落。待座底段聚氨酯凝固后，從孔口向孔內注入稠水泥（或速凝膨脹封孔劑）25kg，用于加強座底段強度，水泥必須加入10%的速凝劑。

然后向孔口下入4m4分注漿管和2m返漿管，使用聚氨酯和棉紗封堵孔口長度1.5m左右。待聚氨酯凝固后，向孔內注漿，注至返漿管返漿，關閉返漿管閘閥帶壓注漿至孔內憋壓，結束注漿。1小時后，第二次注漿直至孔內憋壓結束注漿工作。

水泥漿結束2-3小時后，連接水吹管（即下入孔內的高壓膠皮管）吹水。

水泥漿液按水：水泥=0.7：1配制（質量比）；聚氨酯由A、B藥組成，按1：1比例配比使用。（B塊段鉆孔施工及封孔工藝示意圖如圖2所示）

A塊段：

（1）鉆孔施工深度：過煤層后繼續向煤層底板施工0.5m后收鉆。（2）鉆孔封孔方式與B塊段的區別：無高壓膠皮管，其它相同。

2.2 瓦斯抽采情況分析

影響石門揭煤工期的主要工序在于瓦斯抽采率達標時間，而這是由區域瓦斯抽采濃度、抽采純流量決定的，為此，我們對A、B塊段的瓦斯抽采濃度和瓦斯抽采純流量進行了分析。

A、B塊段抽采瓦斯濃度如圖3所示。

從圖3可以看出，A塊段抽采平均瓦斯濃度只有11.17%，而B塊段抽采平均瓦斯濃度26.21%，是A塊段抽采濃度的2.3倍。

A、B塊段抽采瓦斯純流量如圖4所示。

從圖7可以看出，A塊段抽采平均瓦斯純流量只有0.10m3/min，單孔純流量0.0015m3/min，而B塊段抽采平均瓦斯純流量達到0.48m3/min，單孔純流量0.0022m3/min，較A塊段抽采效果提高了1.5倍。

3 結論

一是下向穿層鉆孔施工至過煤層10m后再收鉆，有利于孔內鉆屑的排出。即使不能全部排出，也留有足夠的空間，不至于使鉆屑堵住鉆孔過煤段，影響抽采效果。二是通過向孔內下高壓膠皮管，連接供風系統進行壓風吹孔，排出了孔內積水，實現了下向鉆孔排水難的問題，提高了瓦斯抽采效果，使瓦斯抽采純流量提高1.5倍。三是通過“兩堵兩注”方式進行封孔，確保瓦斯抽采鉆孔不漏氣，使抽采濃度提高2.3倍，進而縮短瓦斯預抽達標時間。

4 結束語

淮南煤礦絕大部分都是高瓦斯和突出礦井，瓦斯治理工作舉足輕重，在瓦斯抽采技術創新方面做了很多的工作，付出了很大的人力物力，也取得了很好的效果，值得我們驕傲。在當今“新常態”下，唯有不斷創新，才符合現代化礦井建設和生產的基本要求，作為技術人員的我們，必須牢牢握住瓦斯治理這根定海神針，為實現礦井的長治久安而不懈努力。

作者簡介：林昌環（1981-），男，浙江溫州人，2005年畢業于安徽理工大學，工程師，從事煤礦一通三防安全管理工作。