水力沖孔技術在己16-17-22050機巷低抽巷的應用與實踐

曹鵬偉

摘 要：水力沖孔已逐漸發展成為一整套區域瓦斯治理新技術，重點消除普通鉆孔抽采薄弱區域，沖出大量煤體，為煤體膨脹變形提供了充分的空間，周圍煤體在地應力作用下發生了膨脹變形，使地應力向四周移動，即起到局部卸壓作用，有效的解決了穿層預抽鉆孔抽采濃度低，抽放效果差，瓦斯治理效果不理想的問題，實現礦井高效生產，達到資源與環境的協調發展的目的。

關鍵詞：水力沖孔技術;應用;實踐

我國是世界上煤與瓦斯突出（以下簡稱突出）災害嚴重的國家，突出礦井數量多、分布省份廣、事故發生頻率高、突出強度大、造成的人員傷亡比重大。近年來，在國家狠抓瓦斯治理的形勢下，瓦斯爆炸事故起數及其傷亡人數大幅下降，而煤與瓦斯突出事故尚未得到有效遏制。

近年來隨著煤炭開采深度增加，瓦斯壓力、地應力和地溫梯度增加，防突打鉆依然是治理煤與瓦斯突出的重要技術手段和措施，為有效治理瓦斯，實現礦井的安全高效生產，開展了水力沖孔技術的可行性研究，以提高煤與瓦斯突出礦井的生產效率，實現礦井高效生產，達到資源與環境的協調發展的目的。

1 工作面概況

1.1 煤與瓦斯突出鑒定情況及工作面概況

礦井于2005年經煤炭科學研究總院撫順分院對礦井己16.17煤層進行鑒定，確定礦井己16.17煤層為突出煤層，礦井為煤與瓦斯突出礦井。

己16-17-22050機巷與己16-17-22050機巷低抽巷幫對幫內錯10.4m，己16-17煤層下界與機巷低抽巷的垂距為9m，機巷低抽巷與機巷施工方位角相同;己16-17-22050切眼與己16-17-22050切眼低抽巷幫對幫內錯10m，己16-17煤層下界與切眼低抽巷的垂距為9m，切眼低抽巷與切眼施工方位角相同。在己16-17-22050機巷低抽巷和切眼低抽巷內向煤巷掘進工作面煤體超前進行打鉆卸壓和抽放。

1.2 穿層預抽鉆孔布置及施工參數

根據集團公司瓦斯所提供的《己16-17-22050機巷低抽巷水力沖孔影響半徑初步分析報告》結論：沖孔直接影響半徑4m～5m;沖孔后鉆孔封孔接抽一周抽放半徑可達4m以上。

根據考察結論并結合實際情況，經我礦相關技術人員討論，設計穿層預抽鉆孔終孔位置控制到機巷巷道兩側輪廓線外各15m，鉆孔穿過己16-17煤層并且進入煤層頂板0.5m。穿層預抽鉆孔組間距為6m，每組設計9個鉆孔，每組鉆孔1#孔開孔位置距底板2.0m，鉆孔孔與孔之間間距為0.3m。穿層預抽鉆孔布置剖面示意圖以及鉆孔參數表見圖1、表1。

1.3 水力增透措施

水力增透措施選用水力沖孔，在奇數組鉆孔的1#、3#、5#、7#，偶數組鉆孔的2#、4#、6#、8#進行水力沖孔。

2 施工組織及設備選型

2.1 水力沖孔施工組織

（1）水力沖孔正常情況下每次沖孔配備至少5-6人，1人負責壓力泵，1人設警戒，4人負責沖孔。每班必須有班長或隊干部在現場指揮。

（2）如有特殊情況當班無班長或干部時，要設一名組長為當班第一安全責任人。

（3）每班施工時嚴禁缺員，否則不準施工。

（4）施工時每個人員要各負其責，堅守崗位，并嚴格執行上、下崗匯報制度。

2.2 鉆機選型

根據設計鉆孔要求，結合該處地質條件，本次打鉆選用ZDY4200SWL型坑道液壓鉆機，配備水力沖孔專用鉆頭，最大鉆進深度400米，足夠滿足設計鉆孔要求。

2.3 水力沖孔裝備及工藝

水力沖孔采用KSC130-10礦用水力沖孔裝置，KSC130-10高低壓自動轉換水力沖孔裝置是由平頂山市安泰華礦用安全設備制造有限公司自主研發產品。其主要特點是引入高壓水射流理論，自主研發水力沖孔泵站、壓力控制裝置，自動轉換鉆頭等并與鉆機進行有機結合，實現鉆巖孔與沖煤孔一體化，達到對工作面煤體卸壓增透，提高瓦斯排放效果。整個裝置小型化，隨鉆機移動，可一次完成對瓦斯抽放孔的鉆巖及沖煤孔，提高了鉆孔效率。可廣泛適用于高瓦斯低透氣性煤層的預抽、卸壓防突等方面。KSC130-10表示高低壓自動轉換水力沖孔裝置額定流量130L/min，工作壓力在10MPa時能正常進行沖孔作業。

2.4 工作原理

KSC130-12高低壓自動轉換水力沖孔裝置利用鉆機打鉆工藝，當鉆巖石層時通過壓控裝置可設置為鉆頭出水為低壓水，此時鉆頭刀具鉆巖，水起到冷卻及潤滑鉆頭刀刃的作用，并沖排出巖屑粉，當穿透巖石層見到煤層時，通過壓控裝置可方便的轉換為鉆頭出水為高壓水，此時鉆頭刀具基本無負荷，旋轉的鉆頭上的高壓噴嘴徑向噴出高速水射流，進行水力沖煤孔作業。水壓的高低決定沖出煤孔的直徑大小及沖出煤量的多少，本裝置沖煤孔壓力可調，沖出的煤孔比鉆出的大，就增加了煤體暴露面積，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，擴大煤層卸壓范圍、提高煤體透氣性，具有廣泛的實用性。

3 結論

（1）在原穿層鉆孔基礎上施工水力沖孔鉆孔，重點消除普通鉆孔抽采薄弱區域。

（2）沖出大量煤體，為煤體膨脹變形提供了充分的空間，周圍煤體在地應力作用下發生了膨脹變形，使地應力向四周移動，即起到局部卸壓作用。

（3）有效的解決了穿層預抽鉆孔抽采濃度低，抽放效果差，瓦斯治理效果不理想的問題。

參考文獻：

[1]國家安全生產監督管理總局.煤礦瓦斯抽放規范[M].2006.

[2]國家安全生產監督管理總局.防治煤與瓦斯突出規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.