水力沖孔造穴技術在新景礦3107輔助進風巷中的應用

荊 偉

（山西新景煤業(yè)有限責任公司 ，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

新景礦保安分區(qū)3#煤3107輔助進風巷位于保安分區(qū)南翼東部，東為本區(qū)3105工作面（已采）南為蘆南二區(qū)7206、7208工作面（已采），西為本區(qū)3109工作面（未掘），北隔采區(qū)大巷為3108工作面（未掘）。3107工作面主要開采3號煤層，該工作面構造發(fā)育，煤層透氣性系數(shù)平均為0.000375md，瓦斯流量衰減系數(shù)平均為0.069d-1，瓦斯放散初速度為10.2mL/s，為煤與瓦斯突出煤層。為防止工作面在開采過程中出現(xiàn)煤與瓦斯突出事故，選擇在3107輔助進風巷進行水力沖孔造穴試驗，該巷道選用矩形斷面，巷道斷面尺寸（寬×高）=5m×2.8m，巷道為沿底掘進巷道，試驗區(qū)域為3107輔助進風巷煤頭前方60m范圍內。

2 水力沖孔卸壓增透技術應用

1）卸壓增透原理。通過水力沖孔作業(yè)，將孔周邊的煤體沖出，從而在鉆孔周邊形成一個孔洞，為在地應力作用下孔周邊發(fā)生膨脹變形的煤體提供了自由變形空間；孔穴的形成導致煤體發(fā)生相對移動，頂?shù)装彘g產生相向位移，從而在鉆孔區(qū)域形成一個應力降低區(qū)，煤體內壓力得到釋放，煤體內部裂隙增加，煤體透氣性得到增強，進而促進了瓦斯的解吸和排放，提高了瓦斯抽采效率。

2）水力沖孔系統(tǒng)。水力沖孔系統(tǒng)主要由水力沖孔鉆機、鉆桿、鉆頭、水力沖孔接頭、氣渣分離器、高壓注水泵、水箱、高壓管路等組成，如圖1所示。

圖1 水力沖孔系統(tǒng)示意圖

3 水力沖孔施工工藝流程

1）施工地點選擇在3107工作面輔助進風巷，鉆機開孔位置選擇在距離巷道底板1.3m處，根據(jù)鉆孔施工布置圖進行順層鉆孔施工，通過螺旋高壓密封鉆桿螺旋葉片排渣，在前2根鉆桿間連接水力沖孔接頭；

2）當鉆桿鉆進到設計位置深度時，將高壓注水泵與鉆桿通過高壓膠管相連接，開啟高壓泵并設置壓力為18MPa；

3）管路連接完成后，將鉆機開啟，同時空轉鉆桿至孔口有水流出（水流出所需時間與煤體物理力學性質及鉆孔深度有關系）；

4）通過水力沖孔作業(yè)對煤體進行切割，在進行沖孔作業(yè)時，鉆桿轉動速度較正常鉆進時略小，從而使煤體被充分切割，將鉆桿退出過程中要同時轉動鉆桿；

5）為取得良好的沖孔效果，在孔內造穴位置多次鉆、退鉆桿，重復沖孔作業(yè)；

6）首次造穴完成后，重復進行上述步驟1～3，直至該鉆孔內全部沖孔造穴工作按設計要求完成，此時將高壓泵關閉，空轉鉆桿待排渣完成后，將鉆桿退出，該鉆孔內造穴完成。

3107輔助進風巷共造穴5個鉆孔、27個孔穴，鉆孔布置如圖2所示，具體參數(shù)見表1。沖孔半徑按照出煤推算平均達到0.57m，造穴出煤量最少0.7t，最多2.38噸，5個鉆孔累計在27個位置進行造穴煤粉39.3t，平均每個位置造穴煤粉1.4t。

表1 鉆孔及沖孔造穴參數(shù)表

圖2 3107輔助進風巷沖孔造穴鉆孔參數(shù)設計

4 水力沖孔造穴效果檢驗

4.1 水力沖孔后本煤層鉆孔瓦斯預抽情況

水力沖孔造穴施工完成后，對5個鉆孔內瓦斯進行預抽，從12月4日至12日，瓦斯抽放純量累計總量為2268.14m3，造穴單孔瓦斯抽采濃度為22.94%，單孔抽采平均混合量為0.312m3/min，平均純量為0.078m3/min，具體情況見表2。

表2 水力沖孔后本煤層鉆孔瓦斯預抽情況表

4.2 未進行水力沖孔本煤層鉆孔瓦斯預抽情況

表3 未進行水力沖孔本煤層鉆孔瓦斯預抽情況表

選取保安南六出煤巷掘進工作面4個長度同樣為60m未進行水力沖孔的本煤層鉆孔進行瓦斯預抽，預抽時間為11月23日至28日，瓦斯抽放純量累計總量為889.92m3，造穴單孔瓦斯抽采濃度為10.17%，單孔抽采平均混合量為0.257m3/min，平均純量為0.0261m3/min，具體情況見表3。

通過對水力沖孔造穴和未進行水力沖孔造穴鉆孔內瓦斯預抽情況對比可知，前者瓦斯抽采濃度是后者的2.25倍，前者瓦斯抽采純量是后者的2.55倍，水力沖孔卸壓增透效果明顯。

4.3 掘進效果考察

3107工作面輔助進風巷于12月13日開始掘進，截止12月28日8點班共施工40m，本循環(huán)掘進正常，未出現(xiàn)瓦斯斷電等異常。根據(jù)掘進期間瓦斯涌出量與推進度的關系，繪制掘進工作面瓦斯?jié)舛茸兓€如圖3所示。

圖3 掘進工作面瓦斯?jié)舛茸兓€

從以上3107輔助進風巷回風流瓦斯曲線可以看出：掘進工作面推進前40m，工作面回風流瓦斯?jié)舛取⑼咚褂砍隽糠€(wěn)定，瓦斯?jié)舛茸罡?.3%，瓦斯涌出量最大1.2m3/min。

掘進期間煤層情況及測試K1值分析見表4。

表4 K1值測試表

從上表中K1值及掘進期間煤層變化情況可以看出：在掘進前40m，K1值均不大于0.4，施工期間未出現(xiàn)噴孔、吸鉆現(xiàn)象。

4.4 掘進期間煤層瓦斯含量分析

抽放后瓦斯含量計算：根據(jù)工作面掘進前抽放量為2268.14m3，計算得出3107輔助進風巷60m條帶煤層瓦斯含量平均減少0.36m3/t，瓦斯含量測定記錄如表5所示。

表5 瓦斯含量測定記錄表

通過瓦斯含量測定記錄表可以看出：工作面通過預抽，本煤層瓦斯含量減小，但隨著工作面的推進，煤層瓦斯含量增大。也從側面反應出隨著工作面向前推進，造穴孔間距增大，局部煤層受造穴孔間距影響，不能得到充分預抽，瓦斯含量變化不大。造穴孔設計必須要考慮造穴孔影響半徑。預估消除前方條帶煤體突出危險性需要的時間?？梢灶A判造穴孔影響半徑4.1m。

4.5 從造穴孔布置及穴位布置分析

根據(jù)3107輔助進風掘進情況統(tǒng)計資料和造穴鉆孔參數(shù)設計可知：在15m處兩側造穴孔與巷道造穴孔間距為3.86m時，測試K1值均小于0.4，瓦斯?jié)舛刃∮?.4%，涌出量小于3m3/min，施工過程中無吸鉆、噴瓦斯現(xiàn)象；施工至25m處時間距為5.78m，測試K1值均小于0.4，但瓦斯?jié)舛壬?.8%，涌出量達到3.84m3/min；施工至35m處時間距為8.17m，測試K1值為0.94，瓦斯?jié)舛壬?.7%，涌出量達到3.36m3/min，出現(xiàn)吸鉆、噴瓦斯現(xiàn)象。

通過對上述資料分析可以看出：隨著工作面向前推進，當兩側造穴孔距巷道造穴孔距離越來越遠，造穴孔對之間煤體影響將越來越小。

5 結 論

1）對煤層采取水力沖孔造穴措施將煤體沖出，可將鉆孔周邊的應力集中現(xiàn)象消除，實現(xiàn)煤體的卸壓作用。

2）3107輔助進風巷共造穴5個鉆孔、27個孔穴，與未進行沖孔造穴相比較，造穴后煤層透氣性得到很大程度的改善，預抽瓦斯?jié)舛鹊玫矫黠@提高，消除了激發(fā)瓦斯突出的應力和條件，有顯著的防突作用效果。

3）由考察分析預估前方條帶消除煤體突出危險性需要的時間，可以預判造穴孔影響半徑4.1m，對下一步造穴沖孔設計起指導、優(yōu)化作用。