構造區瓦斯抽放與注漿鉆孔一體化設計研究

段鵬坤

（晉城煤業集團趙莊煤業 ，山西 晉城 048000）

高瓦斯礦井在我國普遍存在，大部分需要進行本煤層瓦斯抽放，即在工作面兩側順槽向中部施工瓦斯抽放鉆孔，在走向和傾向上覆蓋整個工作面，為保證抽放效果，瓦斯抽放鉆孔往往設計較密，工程量較大[1]。另一方面，當工作面中部存在斷層、陷落柱等構造時，現多采取兩順槽超前深孔預注漿方式，對構造區進行提前加固[2]，減小工作面回采時的片幫、冒頂，注漿鉆孔需要覆蓋整個工作面傾向，工程量也較大。以往兩種鉆孔單獨施工，互不交叉，構造區鉆孔工程量幾乎加倍。不難看出，本煤層瓦斯抽放鉆孔與深孔注漿鉆孔有相似之處，但兩者在鉆孔層位、使用管路等方面仍有一定的不同，目前直接利用瓦斯抽放孔進行注漿難以實現。本文以趙莊煤業1308工作面為研究對象，計劃對兩種鉆孔一體化設計的可行性進行研究，以期能夠實現一孔兩用，大幅減小鉆孔施工工程量。

1 工程背景

趙莊煤業1308綜采工作面開采3#煤層，走向長度為2774.38m，傾斜長度為219.7m，平均采高4.75m。煤層傾角平均3°。工作面采用三巷布置，在工作面北側布置了一條輔助進風巷13081巷，一條回風巷13084巷，在工作面南側布置了一條主要進風巷13083巷。工作面布置情況如圖1-1所示。工作面目前尚未回采，計劃在兩順槽13081巷和13083巷進行瓦斯抽放鉆孔布置。

圖1 1308工作面斷層位置示意圖

預計工作面回采至2#橫川向外7m左右時，在75#架附近揭露DF363正斷層，上盤靠近13081巷，下盤靠近13083巷。DF363斷層與工作面斜交，走向影響長度255m，傾向影響長度最大130m，隨著工作面向前推進，傾向影響長度逐漸減小，最大斷距4m，傾角65°。為保證工作面過斷層安全回采，計劃在13081巷布置深孔，對斷層進行注漿加固。

因此，在該斷層區域，瓦斯抽放鉆孔和深孔注漿鉆孔將高度重合，計劃針對該區域進行鉆孔一體化設計研究。

2 瓦斯抽放鉆孔與深孔注漿鉆孔布置方式介紹

2.1 原瓦斯抽放鉆孔設計

1）布置方式。上下兩排鉆孔，三花布置，下排鉆孔距離底板1.4m～1.6m，上排鉆孔距離底板3m，孔深設計110m，仰角均為3°，孔徑φ94mm，鉆孔間距3m。將第一排上排孔編號1-1#，下排孔編號1-2#；第二排上排孔編號2-1#，下排孔編號2-2#，依次編號，鉆孔布置如圖2所示。

圖2 抽放鉆孔布置示意圖

2）插管方式。先下φ50mm空心實壁PVC管（內徑40mm），長度20m，兩頭2～3m纏繞聚氨酯棉布封堵，中間灌入水泥漿封孔。封孔結束后，從實壁PVC管內下φ32mm帶孔PVC管，長度到達孔底。然后將帶孔PVC管退出20m去掉，然后將剩余部分重新頂入孔底，以最大限度節約帶孔PVC管消耗。如圖3所示。

圖3 抽放鉆孔內部插管方式示意圖

2.2 深孔注漿鉆孔預計設計

圖4 深孔注漿鉆孔布置示意圖

1）布置方式。上下兩排鉆孔，三花布置，下排鉆孔距離底板2.2m，仰角3°；上排鉆孔距離底板3m，，仰角5°孔深設計105m，孔徑φ94mm，鉆孔間距9m。鉆孔布置如圖4所示。

2）插管方式。無嚴格要求，封孔長度不低于12m，管口應為鋼管，便于連接高壓膠管接頭進行注漿。

3 鉆孔一體化設計可行性分析及最終設計

3.1 可行性分析

兩種鉆孔主要對比內容見表1。

表1 兩種鉆孔主要對比內容表

由上述對比可以看出，兩種鉆孔存在較多的相似之處，也存在不同，一體化設計具備可行性。解決方案如下：

1）鉆孔間距：由于先布置瓦斯抽放鉆孔，抽放完畢后再進行深孔注漿鉆孔布置，后者完全可以利用前者部分鉆孔；

2）鉆孔層位：為兩種鉆孔最大不同之處，主要是上排鉆孔目的和層位不同，下排鉆孔影響不大，因此，下排注漿鉆孔可以直接利用部分瓦斯抽放鉆孔，但上排注漿鉆孔必須單獨實施；

3）封孔長度：兩種鉆孔無沖突，可直接利用；

4）采用管路：主要區別在于孔口管，瓦斯抽放管不采用鋼管的主要原因是鋼管笨重，使用不便，易產生火花，易腐蝕，壽命較短，因此，不可大量替代，僅將孔口最后0.5mPVC管改為鋼管即可滿足注漿使用。

3.2 最終設計

根據上述分析，對瓦斯抽放插管鉆孔方式和深孔注漿鉆孔進行重新設計。瓦斯抽放鉆孔布置方式不變，改進后插管方式如圖5所示。

瓦斯抽放結束后，進行深孔鉆孔注漿，下排注漿鉆孔直接利用部分瓦斯抽放孔，上排注漿鉆孔單獨布置，上排注漿鉆孔參數與2.2中介紹的布置方式一致。如圖6所示。

圖5 改進后瓦斯抽放鉆孔插管示意圖

圖6 改進后深孔注漿鉆孔布置示意圖

3.3 效果考察

現場實踐表明，改進后設計對瓦斯抽放和深孔注漿均未產生不利影響，對于1308工作面255m斷層影響區域，可以節約30個下排鉆孔，按照孔深105m計算，節約φ94mm鉆孔進尺約3150m，按照300元/m計算，節約成本94.5萬元。

4 結 論

1）對于高瓦斯煤層構造區，需要施工本煤層瓦斯抽放鉆孔和深孔注漿鉆孔，兩者有所重合，造成施工浪費；

2）分析了本煤層瓦斯抽放鉆孔和深孔注漿鉆孔的設計原則，兩者有較多相似之處，主要不同點在上排孔層位和孔口管選擇上；

3）一體化設計方式為，深孔注漿下排鉆孔可以直接利用瓦斯抽放孔，上排鉆孔需要單獨打設，將孔口0.5mPVC管換成鋼管；

4）效果考察表明，一體化設計對瓦斯抽放和深孔注漿均未產生不利影響，對于1308工作面255m斷層影響區域，可以節約30個下排鉆孔，節約成本94.5萬元。