煤層不同孔徑鉆孔抽采效果分析

劉洪明

（山西晉煤集團趙莊煤業有限責任公司， 山西 長治 046600）

引言

面對趙莊煤業瓦斯治理過程中遇到的煤體瓦斯賦存不規律、煤體松軟、煤層透氣性差等自然條件，為了提高本煤層鉆孔單孔抽放效果，特設計Φ94、Φ113兩種不同孔徑鉆孔進行試驗，力求找出最適合本煤層鉆孔抽采的孔徑及下管方式，使本煤層鉆孔單孔抽放效果進一步得到提升。

1 試驗方案簡介

試驗地點選擇在1310面回風巷13092巷11-13橫川進行，該段地形相對平整，切面全煤，比較適合鉆孔施工及后期鉆孔管理、數據采集。

試驗鉆孔共設計4個單元，每個單元長60 m，統一采用Φ108 mm管路集中接抽模式；鉆孔設計上下兩排，孔間距3 m，每單元共計40個鉆孔；鉆孔設計深度120 m，總進尺4 800 m，采用ZDY10000L型液壓坑道鉆機施工，具體每單元設計試驗情況如下：

1）1單元（11—12號橫川前60 m）：采用Φ94 mm鉆頭進行施工，鉆孔成孔后全程塞Φ50 mm花管；

2）2單元（11—12號橫川后60 m）：采用 Φ94 mm鉆頭進行施工，鉆孔成孔后全程塞Φ32 mm花管；

3）3單元（12—13號橫川前60m）：采用Φ113mm鉆頭進行施工，鉆孔成孔后全程塞Φ50mm花管；

4）4單元（12—13號橫川后60 m）：采用Φ113 mm鉆頭進行施工，鉆孔成孔后全程塞Φ32mm花管。

2 鉆孔施工情況

4個單元共計施工鉆孔160個，總進尺18329m，下管進尺14 209 m，各單元施工情況如表1。

3 試驗鉆孔工效對比情況

3.1 施工工效

3.1.1 Φ94 mm孔徑鉆孔施工情況

Φ94 mm鉆頭受力面積小，在相同的推力下進鉆速度較快，鉆孔偏移程度較小，鉆桿和孔壁間形成的空間較小、煤粉殘留量較少。從塌孔方面來說，Φ94 mm鉆頭對煤體的破壞程度小，塌孔處大塊煤較少，同樣的風壓，排渣比較容易一些，也較干凈。平均施工1 m約需2 min，施工進度相對較快。

表1 鉆孔施工情況

3.1.2 Φ113 mm孔徑鉆孔施工情況

Φ113 mm鉆頭受力面積大，受力時容易發生偏移，對煤體的破壞程度大，容易造成塌孔，塌孔時的煤塊也較大，成孔后排渣孔內殘留煤粉較多，易堵塞。平均施工1 m約需4 min，施工進度相對較慢。可見，Φ94mm鉆頭在施工工效上優于Φ113mm鉆頭。

3.2 鉆孔下管

3.2.1 Φ94 mm孔徑鉆孔塞Φ32 mm和Φ50 mm花管情況對比

1單元Φ94 mm孔徑塞Φ50 mm花管的下管率為65.8%，2單元Φ94 mm孔徑塞Φ32 mm花管的下管率為79.1%，通過數據發現Φ32 mm管的下管率要高于Φ50 mm管的下管率。通過現場對比發現，Φ94 mm孔徑的鉆孔在塞Φ50 mm管時需提前往里塞，塞管過程中Φ50 mm管直徑與孔壁接觸較近，越往里塞阻力越大，管壁幾乎貼于煤壁，從而下管困難。Φ50 mm管平均下50 m左右約需40 min，80 m左右無法完成下管。而Φ32 mm管管徑較細，受阻力小，平均下100 m約需30 min左右。

3.2.2 Φ113 mm孔徑鉆孔塞Φ32 mm和Φ50 mm花管情況對比

3單元Φ113 mm孔徑塞Φ50 mm管的下管率為73.9%，4單元Φ113 mm孔徑塞Φ32 mm管的下管率為90.9%，通過數據發現Φ32 mm管的下管率要高于Φ50 mm管的下管率，主要因為Φ50 mm管直徑相對較大，塞管過程中受阻力較大，隨深度增加，阻力逐步加大，Φ50 mm管平均下70 m左右約需30 min，80 m往后下管相當困難，造成下管下不到位，成為下管率低的主要原因。反之Φ32 mm管容易下到位，塞管過程中受阻力小，平均下100 m約需25 min左右，下管率高。可見，Φ113 mm孔徑鉆孔塞Φ32 mm管在下管率和工效上優于Φ94 mm孔徑配Φ32 mm和Φ50 mm管。

3.3 注漿封孔效果

試驗鉆孔采用孔口5根Φ50 mm實管封孔，封孔深度20 m，采用兩堵一注方式，注漿長度（封孔段長度）為15 m。

注漿過程中發現的問題。Φ94 mm鉆徑的鉆孔在下管時由于鉆孔孔徑小，封孔管和鉆孔孔壁間距較小，同時封孔管上捆綁4袋封孔膠，造成注漿管下管比較困難，注、返漿管容易發生堵塞；Φ113 mm鉆頭孔徑相對較大，注漿管下管相對容易，注、返漿管不容易發生堵塞，但Φ113 mm鉆頭對煤壁破壞較大，煤體上的裂隙容易發生漏漿、泄壓。

4 抽采效果對比（見表2和圖1）

通過圖1抽采效果對比分析，Φ94 mm鉆孔塞Φ50 mm管和Φ32 mm管抽采效果相差無幾，呈增長趨勢，但Φ50 mm管的抽放量增長趨勢要高于Φ32 mm管；Φ113 mm鉆孔塞Φ50 mm管抽放量波動較大；Φ113 mm鉆孔塞Φ32 mm管抽采效果不佳。

可見，相同孔徑的鉆孔，采用Φ50 mm管的抽采效果優于Φ32 mm管，原因是Φ32 mm管易被煤粉煤渣堵塞，影響抽采效果；塞相同封孔管的鉆孔（塞Φ50 mm封孔管），Φ113孔徑的抽采效果優于Φ94 mm孔徑，原因是Φ113 mm孔徑相對較大，在孔深一定的情況下，煤壁裸露面積較大，瓦斯涌出面積是Φ94 mm孔徑的1.2倍；塞Φ32 mm封孔管時，Φ113 mm孔徑的抽采效果最差，原因是Φ113 mm孔徑的鉆孔煤體破壞最大，鉆孔內部不穩定，容易發生后期塌孔，Φ32 mm花管被堵塞后，抽采效果不佳。

表2 13092巷不同孔徑和封孔管試驗數據統計

圖1 13092巷不同孔徑和封孔管試驗百米流量趨勢圖

5 結論

1）相同孔徑的鉆孔，采用Φ50 mm管的抽采效果優于Φ32 mm管。

2）塞同樣大小的花管，采用Φ50 mm花管的Φ113 mm鉆孔的抽采效果優于Φ94 mm孔徑；采用Φ32 mm花管的Φ94 mm鉆孔的抽采效果優于Φ113 mm鉆孔。

3）鉆孔孔徑和封孔管管徑存在一定關系：當煤體較硬時，孔徑越大，采用封孔管管徑越大，抽采效果越好；當煤體相對較軟時，孔徑越大，采用封孔管管徑越大，抽采效果較好，采用封孔管管徑越小，抽采效果越不好。