抽采孔修復(fù)增透技術(shù)在石門揭煤中的應(yīng)用

王洪盤 閆本正 陶云奇 陳頂峰

(1.河南能源化工集團(tuán)研究院有限公司，河南省鄭州市，450046；2.河南省低滲突出煤層煤與瓦斯共采工程技術(shù)研究中心，河南省鄭州市，450046)

抽采孔修復(fù)增透技術(shù)在石門揭煤中的應(yīng)用

王洪盤1,2閆本正1,2陶云奇1,2陳頂峰1,2

(1.河南能源化工集團(tuán)研究院有限公司，河南省鄭州市，450046；2.河南省低滲突出煤層煤與瓦斯共采工程技術(shù)研究中心，河南省鄭州市，450046)

針對演馬莊礦石門揭煤存在突出危險性大、技術(shù)工藝復(fù)雜的問題，采用抽采鉆孔修復(fù)增透技術(shù)，對石門揭煤區(qū)域設(shè)計的抽采鉆孔進(jìn)行水力沖孔修復(fù)，提高了鉆孔的抽采效果，實(shí)現(xiàn)了石門揭煤區(qū)域儲層的快速消突，大大提高了高突煤層石門揭煤的速度，較好地解決了煤礦井下采掘作業(yè)接替緊張的現(xiàn)狀。

石門揭煤 突出危險性 鉆孔修復(fù)增透技術(shù) 抽采效果

我國煤炭資源的開采方式主要為井工開采，由于煤層賦存條件復(fù)雜，且大部分為單一煤層，開采過程中易受到水、瓦斯、煤塵、火等災(zāi)害的威脅。在煤礦井下災(zāi)害中，由瓦斯引發(fā)的安全事故尤其嚴(yán)重。石門揭煤造成瓦斯突出作為一種常見的瓦斯事故，其特點(diǎn)是石門或者井巷工作面潛伏的煤體由于隔離巖柱在爆破揭煤時的突然破壞，使煤層的應(yīng)力狀態(tài)或者瓦斯賦存狀態(tài)發(fā)生突變，在兩者共同的作用下，大量的煤、瓦斯向巷道運(yùn)移，造成井巷工作面內(nèi)的人員財產(chǎn)損失。石門揭煤在煤與瓦斯突出礦井中，由于其技術(shù)工藝復(fù)雜，防突工作難度大，礦井需要投入大量的人力和物力，執(zhí)行的石門揭煤措施時間長，造成礦井生產(chǎn)接替極其緊張。

本文通過在河南能源焦作煤業(yè)演馬莊礦的石門揭煤試驗(yàn)，形成了利用瓦斯抽采孔修復(fù)增透技術(shù)進(jìn)行石門揭煤的措施，對類似條件的高突礦井的石門揭煤提供一套可借鑒的技術(shù)工藝。

1 抽采孔修復(fù)增透技術(shù)

1.1 抽采孔修復(fù)增透設(shè)備

抽采孔水力修復(fù)作業(yè)機(jī)的構(gòu)成包括作業(yè)機(jī)主機(jī)、高壓鋼管輸送裝置、高壓水泵站、水箱。作業(yè)機(jī)的工作原理是將一條柔性可纏繞高壓鋼管纏繞作業(yè)機(jī)主機(jī)的滾筒上，根據(jù)不同的煤體類型選用合適的噴頭，將高壓水噴頭安裝到鋼管的頂端，使高壓水通過鋼管傳送至頭部噴頭上，產(chǎn)生高壓水射流，對鉆孔煤孔段進(jìn)行沖孔，連續(xù)油管和鉆孔直徑形成的環(huán)空作為煤巖粉排渣通道，對鉆孔進(jìn)行修復(fù)增透。抽采孔水力作業(yè)機(jī)可通過調(diào)節(jié)泵的壓力、流量以及更改噴頭組合類型提高鉆孔修復(fù)增透效果。

1.2 抽采孔修復(fù)增透流程

(1)根據(jù)瓦斯抽采孔的位置放置作業(yè)機(jī)，調(diào)整作業(yè)機(jī)高低和作業(yè)機(jī)角度，使輸管器正對作業(yè)孔。手動操作方向流量控制閥啟動輸管器，使噴嘴進(jìn)入作業(yè)孔至適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

(2)檢查現(xiàn)場，確定無影響正常作業(yè)的物品，人員全部撤至安全地帶。操作人員到遠(yuǎn)程控制操縱臺。

(3)啟動高壓注水泵站，調(diào)整水路壓力和流量，開始向作業(yè)孔噴射高壓水，根據(jù)視頻觀察到的情況確定送管速度，進(jìn)行疏孔作業(yè)。

(4)操縱方向流量控制閥，回拉操縱桿，開始收管，根據(jù)作業(yè)工藝確定高壓水壓力流量。不需要時可關(guān)閉注水泵電源。

(5)收管結(jié)束，操縱方向流量控制閥至中位，關(guān)閉油泵電源。

2 石門揭穿煤層作業(yè)區(qū)域概況及實(shí)施流程

試驗(yàn)區(qū)位于演馬莊礦二七下山石門揭煤區(qū)域，二七下山采區(qū)東至第十一勘探線即井田邊界，南至井田邊界，西至馬坊泉斷層(F07、F137)，北至馬坊泉斷層(F204)。二七下山采區(qū)走向長度為1210 m，傾向長度為1270 m，面積1415700 m2，煤儲層的可采儲量為1169.25萬t，采區(qū)內(nèi)煤層賦存變化較小，煤層平均厚度為7.03 m。二七下山采區(qū)為雙翼采區(qū)，共設(shè)計3條下山，其中下山軌道巷和下山膠帶巷位于煤層頂板，下山回風(fēng)巷位于煤層底板。

2.1 煤層賦存及瓦斯情況

二七下山底板回風(fēng)巷位于二七下山采區(qū)，標(biāo)高-376.4～-237.9 m，煤層平均厚度5.2 m，煤層傾角為7°～10°，實(shí)測該區(qū)域的瓦斯含量為17.1 m3/t，吸附常數(shù)a為48.7805 m3/t，b為0.842 MPa-1，水分為1.62%，灰分為12.02%，揮發(fā)分為7.43%，堅(jiān)固性系數(shù)為0.35。依據(jù)二七下山采區(qū)瓦斯地質(zhì)情況，該區(qū)域所揭二1煤層屬突出煤層，揭煤作業(yè)過程中必須采取有效的防突出措施。

2.2 揭煤實(shí)施流程

本次揭煤采用六步石門揭煤法自二七下山底板回風(fēng)巷揭開二1煤層，具體揭煤流程如下：

(1)當(dāng)二七下山底板回風(fēng)巷掘進(jìn)至距煤層法向距離10 m時，在二七下山膠帶巷向揭煤區(qū)域煤層施工6個穿過煤層全厚的超前探測鉆孔，在10 m巖柱以外提前探明煤層位置、產(chǎn)狀和測定揭煤地點(diǎn)瓦斯參數(shù)。

(2)在二七下山底板回風(fēng)巷掘進(jìn)至距離煤儲層的法向距離7 m前施工穿層鉆孔抽采揭煤區(qū)域煤儲層賦存的瓦斯，并進(jìn)行效果檢驗(yàn)，直到有效。

(3)在二七下山底板回風(fēng)巷掘至距煤層最小法向距離5 m時，實(shí)施區(qū)域驗(yàn)證。根據(jù)效果檢驗(yàn)的結(jié)果采取不同措施，若區(qū)域驗(yàn)證具有煤與瓦斯突出危險性，則在實(shí)施局部防突措施后，再次進(jìn)行效果檢驗(yàn)，直至證明措施有效為止；如果區(qū)域驗(yàn)證結(jié)果不具有煤與瓦斯突出危險性或在實(shí)施局部防突措施并且經(jīng)過驗(yàn)證為有效時，采取邊探邊掘作業(yè)，一直到實(shí)施遠(yuǎn)距離爆破作業(yè)至距煤層最小法向距離2 m。

(4)在距煤層最小法向距離2 m時，經(jīng)效果檢驗(yàn)指標(biāo)不超后，平行于煤層頂板沿傾向做導(dǎo)硐，導(dǎo)硐做好后沿巷道上部輪廓線施工19個煤體固化鉆孔及沿巷道底部施工5個金屬骨架孔，插入金屬骨架并進(jìn)行煤體加固，導(dǎo)硐挖底前再次進(jìn)行工作面措施效果檢驗(yàn)，若檢驗(yàn)結(jié)果具有煤與瓦斯突出危險性，則需要實(shí)施局部防突措施，直到措施有效。

(5)導(dǎo)硐挖底0.5 m，需再次進(jìn)行效果檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)結(jié)果具有煤與瓦斯突出危險時實(shí)施局部防突措施，直至局部措施有效。如果沒有煤與瓦斯突出危險，則需要在有安全防護(hù)措施的情況下采用遠(yuǎn)距離爆破作業(yè)來揭穿二七下山回風(fēng)巷煤層。

(6)二七下山回風(fēng)巷揭開煤儲層至進(jìn)入煤儲層底板2 m巖柱都為過煤門階段，需嚴(yán)格執(zhí)行遠(yuǎn)距離爆破的安全措施，直至進(jìn)入煤儲層底板的距離超過2 m以后，揭煤作業(yè)結(jié)束。揭煤流程圖見圖1。

3 抽采孔修復(fù)增透技術(shù)的應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用情況

依據(jù)揭煤設(shè)計及實(shí)施流程，自二七下山膠帶巷施工穿層鉆孔，抽采揭煤區(qū)域賦存的瓦斯，以達(dá)到煤儲層消突的目的。采用抽采鉆孔水力修復(fù)作業(yè)機(jī)對穿層鉆孔實(shí)施修復(fù)增透作業(yè)，以使該區(qū)域快速消突。實(shí)施期間，瓦斯抽采鉆孔的單孔沖出煤量約2 t；沖孔期間個別孔噴孔嚴(yán)重，二七下山膠帶巷回風(fēng)中的瓦斯?jié)舛茸罡邽?.5%。通過對工藝孔進(jìn)行水力修復(fù)作業(yè)，穿層鉆孔的瓦斯抽采濃度和流量都有了顯著的提升。

圖1 二七下山底板回風(fēng)巷揭煤流程圖

3.2 應(yīng)用效果分析

通過對巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛鹊臋z測及鉆孔單孔、孔組的抽采參數(shù)的檢測，分析該技術(shù)的應(yīng)用效果。

(1)對二七下山膠帶巷穿層鉆孔修復(fù)增透前，通過地面監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測巷道回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仍?.1%～0.2%之間，沖孔期間巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍?.25%～0.45%之間, 修復(fù)期間巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測曲線如圖2所示。表明修復(fù)期間，由于高壓水和瓦斯動力的作用，鉆孔沖出大量煤與瓦斯，對水力沖孔鉆孔及其周邊鉆孔起到卸壓增透的效果，隨著瓦斯的噴出，也釋放了瓦斯動力，降低了瓦斯壓力。

圖2 修復(fù)期間巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測曲線

(2)通過對膠帶巷穿層鉆孔的水力沖孔修復(fù)，大量的煤體和瓦斯隨水排出，在鉆孔內(nèi)形成一個較大直徑的孔洞，使得在一定區(qū)域內(nèi)煤體卸壓，工藝孔的單孔抽采量大大增加。水力修復(fù)前后鉆孔流量及日抽采量對比如圖3所示。

圖3 水力修復(fù)前后鉆孔流量及日抽采量對比圖

(3)工藝孔水力沖孔修復(fù)后，沖出大量的煤，對工藝孔周邊鉆孔起到卸壓增透的作用，大大提高了工藝孔周邊鉆孔的瓦斯抽采量，通過對測點(diǎn)引流管觀測數(shù)據(jù)考查，修復(fù)后抽采量呈上升趨勢。水力修復(fù)前后鉆孔抽采量對比情況如圖4所示。

圖4 水力修復(fù)前后鉆孔抽采量對比圖

4 結(jié)論

通過采用抽采鉆孔修復(fù)作業(yè)機(jī)，對石門揭煤區(qū)域的瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行水力修復(fù)增透作業(yè)，提高了鉆孔的抽采效果，實(shí)現(xiàn)了石門揭煤區(qū)域儲層的快速消突，大大提高了高突煤層石門揭煤的速度，能較好地解決煤礦井下采掘作業(yè)接替緊張的現(xiàn)狀，也為有類似難題的礦井提供了一種有效的技術(shù)方案，在安全生產(chǎn)、節(jié)約成本等方面均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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Applicationoftechnologyofrepairingpermeabilitybypumpingholeincross-holecoalmining

Wang Hongpan1,2, Yan Benzheng1,2, Tao Yunqi1,2, Chen Dingfeng1,2

(1. Henan Energy and Chemical Industry Group Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450046, China; 2. Henan Coal and Gas Co-mining Engineering Technology Research Center of Low Permeability Outburst Coal Seam, Zhengzhou, Henan 450046, China)

Aiming at the high outburst risk and complex technical procedure of cross-hole coal mining at Yanmazhuang Mine, through the use of drainage drilling technology to increase permeability, hydraulic flushing borehole repairing was used for designed water pumping coal area of cross-hole, the drilling pumping effect was enhanced, rapid outburst removing of cross-hole was achieving, which greatly improved the uncovering speed of cross-hole of high outburst coal seams, the present situation of mining operation replacing tension in coal mines could also be solved better.

cross-hole coal mining, outburst risk, technology of repairing permeability by pumping hole, drainage effect

TD713.3

A

河南省創(chuàng)新型科技人才隊(duì)伍建設(shè)工程(164100510024)

王洪盤，閆本正，陶云奇等. 抽采孔修復(fù)增透技術(shù)在石門揭煤中的應(yīng)用[J].中國煤炭，2017,43(11)：97-100，119.

Wang Hongpan, Yan Benzheng, Tao Yunqi, et al. Application of technology of repairing permeability by pumping hole in cross-hole coal mining [J]. China Coal, 2017，43(11):97-100，119.

王洪盤(1986-)，男，河南開封人，工程師，碩士，從事礦井瓦斯防治、煤礦安全高效開采的研究。

(責(zé)任編輯 張艷華)