水力沖孔鉆孔在不同瓦斯賦存區(qū)域的優(yōu)化與實(shí)施

靳亞兵 王振興

（平煤股份勘探工程處，河南 平頂山 467000）

自2010年水力沖孔技術(shù)在八礦投入試驗(yàn)以來，已初步達(dá)到了預(yù)期試驗(yàn)?zāi)康模黜?xiàng)工作開展正常有序，水力沖孔技術(shù)已納入正規(guī)生產(chǎn)作業(yè)循環(huán)，在提高瓦斯抽放和局部泄壓方面發(fā)揮了積極的作用。然而，水力沖孔是一項(xiàng)新興的技術(shù)，針對(duì)八礦突出煤層松軟和透氣性低的特點(diǎn)，如何達(dá)到最佳的沖孔效果，事半功倍的將工作進(jìn)一步開展下去，還有很多諸如單孔岀煤量，沖孔鉆孔布置方式、控制范圍等問題需要確定。尤其是煤層瓦斯具有條帶分布的規(guī)律，這就要求我們針對(duì)不同條件下的瓦斯賦存狀態(tài)，采取不同的沖孔方案，已達(dá)到事半功倍的效果。為此，八礦打鉆工區(qū)聯(lián)合八礦防突區(qū)就水力沖孔技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)場制定針對(duì)性方案，逐步實(shí)現(xiàn)沖孔方案的科學(xué)化、合理化、最優(yōu)化。以科學(xué)試驗(yàn)為依據(jù)，確定水力沖孔影響半徑和單孔最佳沖出煤量；制定具有針對(duì)性較強(qiáng)的不同瓦斯賦存條件下的沖孔鉆孔。

一、解決的關(guān)鍵問題和創(chuàng)新點(diǎn)：

（一）采用壓降法對(duì)目的煤層進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，指導(dǎo)現(xiàn)場

通過現(xiàn)場施工試驗(yàn)、觀察鉆孔，經(jīng)過抽采觀察壓力表衰減變化情況，確定沖孔影響半徑；經(jīng)過多次沖出不同的煤量后，對(duì)觀察鉆孔壓力造成的影響程度，確定單孔最佳沖出煤量，為沖孔鉆孔的優(yōu)化提供依據(jù)。

（二）開發(fā)一套針對(duì)不同瓦斯賦存條件下的沖孔鉆孔布置方案，由于水力沖孔技術(shù)是新興的技術(shù)范疇，多數(shù)礦井都在持嘗試、甚至持觀望態(tài)度，八礦近年來一直在采用并加以完善優(yōu)化，不久的將來勢必推動(dòng)平煤集團(tuán)突出礦井的使用，最終形成完整、全面的瓦斯治理模式，必將對(duì)整個(gè)集團(tuán)公司的瓦斯防治起到共同指導(dǎo)的作用。

（三）八礦煤層地質(zhì)條件與平煤集團(tuán)東五礦地質(zhì)條件基本吻合，而平煤地質(zhì)條件與眾多礦區(qū)礦井開條件異曲同工，項(xiàng)目的實(shí)施成功，勢必對(duì)平煤乃至全國煤炭企業(yè)產(chǎn)生巨大影響，為煤礦企業(yè)找到一條開創(chuàng)性的瓦斯治理渠道做出巨大貢獻(xiàn)。具不完全統(tǒng)計(jì)，八礦采用水力沖孔技術(shù)后，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益將達(dá)到近千萬元，同時(shí)在安全生產(chǎn)、礦區(qū)穩(wěn)定和綠色能源開發(fā)等方面都將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。

二、推廣應(yīng)用情況：

（一）試驗(yàn)鉆孔布置要求

試驗(yàn)位置：低抽巷抽10點(diǎn)前30m位置（142-4抽采孔位置）巷道上幫開孔，如圖3和圖4所示，試驗(yàn)長度共20m。要求在測試段附近20m范圍之內(nèi)不允許向巷道上幫施工鉆孔。

鉆孔垂直于巷道幫布置，如圖3和圖4所示，每個(gè)鉆孔軌跡都相互平行，禁止施工“扇形”鉆孔組；

測試孔孔徑為75mm，割縫鉆孔按照常規(guī)割縫鉆孔尺寸施工；

測試孔巖石段長度不少于20m，要求每個(gè)測試孔施工完畢之后盡快采用水泥砂漿封閉全部巖石段鉆孔，并連接煤氣表測試。

（二）測試過程工藝

1.依次施工完成所有測試孔，并在每個(gè)測試孔施工完成之后盡快封閉鉆孔全部巖石段，并先連接煤氣表測瓦斯流量一天讀數(shù)后換瓦斯壓力表測試瓦斯壓力；要求記錄鉆孔開孔時(shí)間、見煤長度和時(shí)間、見頂板時(shí)間、封孔時(shí)間、連接煤氣表時(shí)間、更換壓力表時(shí)間。

2.在所有測試孔施工完畢、瓦斯壓力穩(wěn)定之后，施工割縫鉆孔，鉆孔施工完畢后在不割縫的條件下連接管路抽采瓦斯，觀測周圍鉆孔瓦斯壓力變化，直至瓦斯壓力穩(wěn)定，觀測周期一般1～2個(gè)星期；

3.在割縫鉆孔內(nèi)套孔再次施工鉆孔，并在孔內(nèi)煤孔段均勻?qū)嵤┧Ω羁p，控制水壓（低于10MPa），割縫出煤量1～2噸時(shí)，停止割縫，并退出鉆桿，再次封閉鉆孔實(shí)施瓦斯抽采，觀測各個(gè)測試孔瓦斯壓力變化規(guī)律，直至瓦斯壓力穩(wěn)定；

4.再次施工水力割縫鉆孔并實(shí)施水力割縫，再次出煤1～2噸時(shí)停止割縫，并退出鉆桿，封孔抽采瓦斯，觀測各個(gè)測試孔瓦斯壓力變化規(guī)律，直至瓦斯壓力穩(wěn)定；

5.重復(fù)上述的過程3～4，分別觀測測試孔瓦斯壓力變化規(guī)律，并在最后一次割縫瓦斯壓力穩(wěn)定后換煤氣表測一天流量記錄讀數(shù)。

三、通過上述測試研究鉆孔不同出煤量條件下的水力割縫鉆孔有效影響半徑。

由于水力沖孔影響半徑確定后，對(duì)水力沖孔鉆孔布置進(jìn)行了科學(xué)、合理的優(yōu)化，對(duì)單孔最佳沖出煤量進(jìn)行了確定。優(yōu)化后的鉆孔布置和單孔岀煤量更具科學(xué)性，瓦斯治理效果更加明顯，使得預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間提前實(shí)現(xiàn)。每個(gè)單元的區(qū)域校檢基本一次通過，省卻了重新加密施工鉆孔的工作。同時(shí)因?yàn)殂@孔布置的優(yōu)化，現(xiàn)場對(duì)沖孔勞動(dòng)組織也進(jìn)行調(diào)整，原來每班次只能沖孔一個(gè)，現(xiàn)在可以每班次沖孔兩個(gè)，提高勞動(dòng)效率2倍。相應(yīng)的瓦斯治理速度也提高了2倍，使得被掩護(hù)巷道提前一半時(shí)間實(shí)現(xiàn)預(yù)抽達(dá)標(biāo)。

由于水力沖孔技術(shù)是新興的技術(shù)范疇，多數(shù)礦井都在持嘗試、甚至持觀望態(tài)度，八礦近年來一直在采用并加以完善優(yōu)化，不久的將來勢必推動(dòng)平煤集團(tuán)突出礦井競相效仿，最終形成完整、全面的瓦斯治理模式，必將對(duì)整個(gè)集團(tuán)公司的瓦斯防治起到共同指導(dǎo)的作用。

八礦煤層地質(zhì)條件與平煤集團(tuán)東五礦地質(zhì)條件基本吻合，而平煤地質(zhì)條件與眾多礦區(qū)礦井開條件異曲同工，項(xiàng)目的實(shí)施成功，勢必對(duì)平煤乃至全國煤炭企業(yè)產(chǎn)生巨大影響，為煤礦企業(yè)找到一條開創(chuàng)性的瓦斯治理渠道做出巨大貢獻(xiàn)。

具不完全統(tǒng)計(jì)，八礦采用水力沖孔技術(shù)后，每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益將達(dá)到近千萬元，同時(shí)在安全生產(chǎn)、礦區(qū)穩(wěn)定和綠色能源開發(fā)等方面都將產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。

總結(jié)：

通過現(xiàn)場施工試驗(yàn)、觀察鉆孔，經(jīng)過抽采觀察壓力表衰減變化情況，確定沖孔影響半徑；經(jīng)過多次沖出不同的煤量后，對(duì)觀察鉆孔壓力造成的影響程度，確定單孔最佳沖出煤量，為沖孔鉆孔的優(yōu)化提供依據(jù)；以科學(xué)試驗(yàn)為依據(jù)，針對(duì)瓦斯條帶分布的特點(diǎn)，制定相應(yīng)的沖孔布孔方案，增強(qiáng)瓦斯治理的針對(duì)性，在提高瓦斯治理效果、減少作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)效率等方面發(fā)揮積極作用。同時(shí)，優(yōu)化后的沖孔鉆孔布置方案具有規(guī)范性和模式化等特點(diǎn)。