高壓水力沖孔造穴增透抽采技術的應用研究

李付安

摘 要：古漢山礦16采區原始瓦斯含量高、壓力大且透氣性差，穿層鉆孔抽采效果不佳，迫切需要一種行之有效的增透抽采技術。本文結合礦井在瓦斯抽采方面存在的問題，就高壓水力沖孔造穴增透技術在1604底抽巷的應用展開分析，以促進抽采效果的提高。

關鍵詞：高壓；水力沖孔；造穴；增透

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）07-0079-02

Discussion on the Application of High Pressure Hydraulic Punching

hole Penetration and Extraction Technology

LI Fuan

（School of Safety Science and Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo Henan 454000）

Abstract： The original Guhannshan mine 16 mining area of high gas content and high pressure and poor ventilation， borehole drainage effect is poor， there is an urgent need for a effective antireflection extraction technology. Combined with the problems existing in mine gas drainage， this paper analyzed the application of high pressure hydraulic punching hole production technology in the 16041 working face， so as to improve the effect of drainage.

Keywords： high pressure；hydraulic punching；hole making；penetration

古漢山礦為煤與瓦斯突出礦井，瓦斯地質條件復雜。近年來，隨著采掘活動向下延深，瓦斯含量、壓力逐漸提高，瓦斯治理壓力增大[1]。同時，為緩解接替緊張，縮短抽采時間，也急需進一步提高瓦斯抽采效果。因此，探索一種對瓦斯含量高、壓力大、透氣性差的突出煤層行之有效的卸壓增透抽采措施，對礦井具有重要意義。本文基于以上情況，對高壓水力沖孔造穴增透技術在1604底抽巷的應用情況進行分析。

1 礦井概況

古漢山井田位于焦作市東北，隸屬修武縣管轄，距焦作市25km；井田范圍西部以21勘探線為界與九里山礦相鄰，東部以赤莊斷層為界，北以二1煤層底板-300m等高線為界與白莊、吳村煤礦相鄰，南至油坊蔣村斷層和二1煤層底板-1 000m等高線，走向長11km，傾斜寬2.3km，面積25.63km2。礦井設計能力為1.20Mt/a，核定能力為1.40Mt/a。16采區瓦斯含量22～28.88m3/t，主采煤層為山西組二l煤，煤層厚度分布穩定1.88～7.57m，平均煤厚為5.0m，煤層傾角10°～17°，煤層硬度f為0.1～1.2；煤層無自燃傾向和煤塵爆炸危險。

二1煤層底部0.5～2.0m為一松軟煤帶，呈鱗片狀、粒狀和粉狀，為難以抽采煤層；中上部為塊煤帶，屬于可以抽采煤層，但在礦井西部16采區，頂板下0.5～1.0m處也有厚0.3m左右松軟煤層。煤層瓦斯壓力為0.2～2.42MPa；煤層透氣性系數0.023 89～3.018 6m2/（MPa2·d）；鉆孔瓦斯衰減系數0.029d-1；百米流量為0.003～0.120m3/min。煤層透氣性差，抽采較為困難。

2 鉆孔間距及鉆孔布置方式

根據礦井瓦斯治理規劃，需要在1604底抽巷巷道內施工穿層鉆孔對16041運輸巷掘進區域進行治理掩護，故1604底抽巷是理想的試驗地點。依據經驗，1604底抽巷穿層抽采鉆孔瓦斯抽采影響半徑[2]按照3m進行取值，每組設計17個鉆孔，分兩列布置，奇數列9個，偶數列8個，每列鉆孔間距2.15～2.25m，每組鉆孔組間距為4.3～4.5m。

3 高壓水力沖孔造穴增透技術原理及施工工藝

3.1 技術原理

將鉆機鉆進技術與射流割縫沖孔技術[3]有機結合起來，打鉆低壓水和沖孔高壓水快速轉換，實現鉆沖一體化作業。利用鉆機打鉆，當鉆機施工穿層鉆孔鉆進到煤層預定位置后，利用射流割縫沖孔工藝在鉆孔側壁形成空洞，同時排出煤體中部分煤體，增加煤體暴露面積，使煤層內部卸壓、瓦斯釋放，形成一個由“點”到“線”，由“線”到“面”，由“面”到“整體”的卸壓區，從而達到安全防突目的。這使得高應力、透氣性差的煤層瓦斯抽采效果再上臺階，加快瓦斯治理速度，保障礦井采掘接替，為高瓦斯及突出礦井的生產安全提供技術基礎。

3.2 施工工藝

根據生產需要，在1604底板抽采巷進行水力沖孔。具體施工工藝如下：①采用ZDY4000S、ZYWL-4000型履帶鉆機；②鉆孔孔徑：[Φ]89mm；鉆桿：[Φ]73mm；③高壓水力沖孔裝置：高壓水力沖孔配套裝置由四部分組成，即水流轉換閥、高壓水力沖孔鉆頭、高壓密封沖孔三棱鉆桿和高壓密封水辮，并在風門外安裝大功率的液壓泵。

在打鉆和沖孔作業過程中，通過水流轉換閥實現打鉆低壓水流和沖孔高壓水流的一體化轉換。施工鉆孔后，采用高壓水能實現高效噴頭沖擊鉆孔周圍的煤體，沖出大量煤體和瓦斯，應力集中向沖孔周圍移動，使沖孔附近煤體卸壓增透，有效提高了抽放效果。

3.3 封孔技術要求

①抽采鉆孔封孔采用“兩堵一注”的封孔方式。

②封孔時，封堵段長度不少于1m，封孔段長度不少于5m。當巖孔長度小于15m時，封孔深度應到達煤巖交界處；當巖孔長度大于15m時，封孔深度不得小于15m。

③封孔前，第一根封孔管管頭必須用窗紗進行包裹并安裝堵頭。

④封孔時，花管與封孔管連接處必須涂抹膠水并連接牢固。

⑤使用袋裝合成樹脂封孔，里、外段一次使用量各不得少于4袋，2袋為一組，用透明膠布固定在封孔管上，后組的起始端距前組的末端200～300mm。

⑥封孔需要加導氣管，導氣管到達注漿段頂部，采用內徑為12.7mm（4分管）的鋁塑管，抗壓強度不低于2MPa。導氣管露出孔口0.3m以上，封孔管到達封孔段下部。

⑦封孔結束后，使用黃土或水泥固定孔口，孔口要抹平。

4 效果分析

①高壓水力沖孔對比。原來的設備能沖出煤量為1～3t/孔，現在的設備能沖出煤量為3～12t/孔，經理論計算，相當于形成了直徑為0.5～1.2m的孔洞，沖出的煤顆粒較以前大大提高。

②水力沖孔技術取得明顯的卸壓增透效果。煤層透氣性系數增加了3.13倍，百米鉆孔抽采量由原來的每分鐘0.03提高到0.08左右，提高了2.67倍。

③水力沖孔前后瓦斯濃度效果。隨機抽取4號鉆孔，對沖孔前后瓦斯濃度進行對比，結果見圖1。

由圖1可以看出，在沒有采取水力沖孔措施時，抽采濃度快速衰減或長期保持低位，瓦斯抽放量非常低；而采取水力沖孔措施后，瓦斯抽放濃度可以長時間保持較高水平，且衰減速度放緩。

5 結語

通過開展古漢山礦1604底抽巷增透技術研究，形成了“密封高壓水力造穴技術”的區域瓦斯治理模式，1604底抽巷采用該項技術后平均煤孔沖孔煤量達到5t，瓦斯抽采濃度明顯提高，16041運輸巷掘進期間未出現過瓦斯超限現象，實現了安全快速掘進，對突出煤層區域消突治理工作具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]夏為雙.瓦斯含量與埋深相關性研究[J].山西焦煤科技，2013（5）：40-43.

[2]王兆豐，周少華，李志強.瓦斯抽采鉆孔有效抽采半徑的數值計算方法[J].煤炭工程，2011（6）：82-84.

[3]王偉.高壓旋轉水射流破煤及其沖孔造穴卸壓增透機制與應用[D].北京：中國礦業大學，2016.