千米鉆機在軟巖煤層巷道施工抽采鉆孔應用

王 楊

（潞安集團余吾煤業有限公司，山西 長治 046100）

1 概述

潞安集團余吾煤業有限公司位于山西長治市屯留縣余吾鎮，礦井設計生產能力為7.0Mt/a，主采煤層為3#煤層，平均厚度為6.0m。經瓦斯鑒定，余吾礦絕對瓦斯涌出量為32.67m3/min，相對瓦斯涌出量為12.54m3/t，屬高瓦斯礦井。

N1206運巷位于井田北風井西翼采區，巷道北接N1205膠順輔運巷，南接工作面切眼（未掘），東面為N2201膠帶順槽（已掘），西面為N1206工作面。巷道設計長度為950m，巷道斷面規格為寬×高=5.4×3.8m，沿3#煤層底板掘進。巷道直接頂為炭質泥巖，平均厚度為4.2m，基本頂為粗砂巖，平均厚度為11.7m，截至目前巷道已掘進76m。

由于3#煤層堅固系數f=0.8，屬石炭系軟巖煤層，節理發育，煤層透氣系數 0.23～2.46m2/(MPa2·d)，煤層瓦斯壓力為1.27MPa，掘進區域煤層瓦斯含量為6.7m3/t，瓦斯抽放鉆孔流量衰減系數為0.0403～0.0417d-1。為了保證巷道掘進施工安全，余吾煤業有限公司通過布置抽放鉆孔進行掘進區域瓦斯預抽。

2 N1206運巷掘進前期瓦斯抽放鉆孔布置分析

2.1 掘進前期瓦斯抽放鉆孔布置

（1）N1206運巷掘進前期采用型號為ZD Y-3200S型液壓鉆機進行鉆孔施工，工作面共布置兩排瓦斯抽放鉆孔，每排4個，鉆孔深度為120m，鉆孔直徑為113mm，鉆孔間距為1.2m，鉆孔排距為1.0m，第一排鉆孔距頂板間距為1.5m，上排鉆孔與頂板呈3°仰斜布置，兩幫鉆孔與巷幫呈8°夾角布置，如圖1所示。

（2）鉆孔施工完后進行煤層瓦斯預抽，每個鉆場瓦斯預抽時間不得低于30d，當巷道掘進至距鉆孔終孔10m位置時，立即停止掘進并進行下一個循環鉆孔施工及瓦斯抽放。

2.2 主要存在的問題

（1）N1206運巷掘進前期每個鉆場瓦斯抽放鉆孔施工長度為120m，整條巷道需共布置8個鉆場，鉆孔總長度達10000m，鉆孔施工工程量大，施工周期長，施工費用高。

（2）每個鉆場瓦斯抽放時間為30d，在瓦斯抽放期間巷道必須停止掘進，從而大大降低了巷道掘進速度，通過對N1206運巷前期掘進進度分析發現，巷道掘進76m共計用時47d，平均掘進速度為1.62m/d。

（3）由于N1206運巷掘進煤層透氣系數相對較低，而且傳統瓦斯抽放鉆孔分布區域有限，在瓦斯抽放期間抽放效率相對較低。N1206運巷在前期掘進期間瓦斯抽放時通過檢測發現，每個鉆場平均瓦斯抽放率僅為25.6%，瓦斯抽放后巷道掘進時工作面瓦斯濃度在0.8%～1.4%之間，經常出現瓦斯超限斷電現象。

（4）由于3#煤層節理發育，傳統瓦斯抽放鉆孔施工時無法對節理、軟巖破碎煤層進行避讓，從而造成鉆孔成功率低，主要表現在塌孔現象嚴重。N1206運巷在前期掘進階段瓦斯抽放鉆孔成孔率僅為40%。

圖1 N1206運巷掘進前期瓦斯抽放鉆孔平、剖面圖

3 千米鉆機施工抽采鉆孔應用分析

潞安集團余吾煤業有限公司通過技術研究，為了提高掘進巷道瓦斯抽放率，保證巷道掘進安全，N1206運巷在后期掘進階段決定采用千米鉆機進行鉆孔施工并進行瓦斯抽放，每個鉆場抽放時間為90d。

3.1 鉆場布置

N1206運巷在80m處共計布置兩個瓦斯抽放鉆場，巷道上下幫各布置一個（1#、2#），鉆場規格為：長×寬×高=8.0×4.0×3.5m，鉆場頂板及幫采用錨桿、錨索、金屬網進行聯合維護。

3.2 鉆孔布置

（1）N1206運巷鉆場內采用ZDY-6000LD（F）型千米鉆機進行鉆孔施工，鉆孔直徑為113mm，1#鉆場（上幫）共布置三個鉆孔（1#鉆孔、2#鉆孔、3#鉆孔），2#鉆場（下幫）共布置兩個鉆孔（4#鉆孔、5#鉆孔），鉆孔呈直線布置且距底板間距為1.5m，鉆孔開口間距為1.0m，鉆孔深度為850m，如圖2所示。

圖2 余吾煤礦N1206運巷千米鉆孔平面布置示意圖

（2）1#鉆孔控制N1206運巷上幫15m，2#鉆孔控制上幫10m，3#鉆孔控制上幫5m，三鉆孔控制巷道掘進方向850m范圍，且每個鉆孔有兩個分支。其中1#孔兩分支位于巷道150m、300m處，2#鉆孔兩分支位于450m、600m處，3#鉆孔兩分支位于700m、850m處，每個分支長度為150m，控制巷道長度為80m。

（3）4#鉆孔控制N1206運巷下幫10m，5#鉆孔控制下幫5m，兩鉆孔控制巷道掘進方向850m范圍，且每個鉆孔有兩個分支。其中4#孔兩分支位于巷道200m、400m處，5#鉆孔兩分支位于600m、800m處，每個分支長度為200m，控制巷道長度為120m。

3.3 鉆孔封孔工藝

（1）鉆孔施工20m后對其進行擴孔，擴孔后孔徑為165mm，擴孔后在孔內安裝長度為20m、直徑為105mm的PVC管，同時在孔口安裝單節長度為6m、直徑為100mm的鋼管，共計安裝三節。

（2）待孔口管安裝后，利用高壓注漿泵對孔口管與煤壁之間間隙注入聚氨酯粘劑，封孔后對其進行耐壓試驗，試驗壓力為3.0MPa，在耐壓試驗期間應觀察封孔氣密性及承壓情況。

3.4 應用效果分析

（1）提高了巷道掘進效率。N1206運巷采用ZDY-6000LD（F）型千米鉆機鉆孔進行瓦斯預抽后，在3個月內巷道共掘進705m，日進度達7.8m，同時整個巷道只需施工兩個鉆場即可，解決了巷道“抽采掘”銜接緊張的難題。

（2）提高鉆孔成孔率。千米鉆機施工的鉆孔可進行拐彎，從而提高了鉆孔成孔率，通過對N1206運巷后期施工的千米鉆孔觀測發現，鉆孔未發現塌孔現象，成孔率達90%以上。

（3）提高了煤層瓦斯抽放效率。采用千米鉆機可在每個鉆孔進行多個分支鉆孔施工，大大提高了瓦斯抽放效率；通過對N1206運巷后期瓦斯抽放檢測發現，千米鉆孔瓦斯抽放濃度、流量衰減慢，鉆孔抽放3個月后孔內瓦斯濃度仍在5.2%以上，瓦斯抽放率達57%以上，巷道在后期掘進過程中工作面瓦斯濃度控制在0.5%以下，未發生一起瓦斯超限現象。

（4）降低了成本費用。N1206運巷采用千米鉆機施工鉆孔總長度為4800m，與傳統鉆孔相比，鉆孔施工長度縮短一半，成本費用可節約25萬元。

4 結 語

潞安集團余吾煤業有限公司通過技術研究，改進鉆孔施工及布置方式，對N1206運巷掘進期間采用型號為ZDY-6000LD（F）千米鉆機進行鉆孔施工，并進行瓦斯預抽，實踐證明，采用千米鉆機進行鉆孔施工，有效提高鉆孔成孔率及瓦斯抽放效率，加快了巷道掘進速度，降低了掘進工作面瓦斯濃度，保證了巷道掘進施工安全，取得了顯著成效。