掘進工作面氣相壓裂消突技術應用

2020-06-28 06:52:34吳長擂

煤礦現代化 2020年4期

吳長擂

（山西長平煤業有限公司，山西晉城 048006）

0 引言

煤礦井下掘進進度是評價煤礦安全高效生產的指標之一，在瓦斯含量高、煤層滲透性低的礦井中進行掘進工作，具有煤與瓦斯突出的危險，因此，在掘進之前應采取措施消除突出，本文研究了氣相壓裂技術在掘進工作面的應用，對于指導突出煤體的安全掘進具有重要意義。

1 工程概況

長平礦主采3#煤層，煤體自身強度低，井下掘進工作面施工過程中，煤層瓦斯壓力值高、滲透性低，具有突出危險。如底抽巷過穿層段，由于泥巖或砂質泥巖底板較軟，穿層段巷道嚴重超高，煤體易片幫、冒落，造成短時間瓦斯大量涌出，導致巷道瓦斯超限。因此，非常有必要對巷道進行氣相壓裂消突。

2 氣相壓裂抽采增透技術方案

2.1 壓裂鉆孔參數

在5302回風巷掘進頭布置鉆孔，計劃采用雙孔壓裂方案，方案參數見表1，單排布置5個鉆孔，其中抽放孔3個，壓裂鉆孔2個，水平間距1.6m、距頂1.0-2.0m，壓裂鉆孔參數見表1，鉆孔方案設計見圖1。

表1 5302工作面回風巷氣相壓裂方案

圖1 5302工作面回風巷掘進工作面氣相壓裂方案

2.2 抽采鉆孔參數

孔號：1#、3#、5#；鉆孔直徑：Φ113mm；鉆孔深度：見設計圖1；開孔高度：見設計圖1；壓裂孔角度：方位角見設計圖圖1傾角：根據掘進前方煤層傾向確定，一般為：煤層傾角+1度；壓裂鉆孔兩堵一注膨脹水泥封孔長度10～18m，全程下篩管，如果由于客觀原因，無法達到設計封孔深度，效果考察時不予考察。

2.3 施工工藝

施工壓裂鉆孔，鉆孔成孔后，及時將壓裂管、封孔器、推桿等推進鉆孔，啟動壓裂；施工抽采鉆孔要詳細記錄打鉆過程中的動力現象。打一個鉆孔，封一個鉆孔，聯網一個鉆孔，要求全程下篩管，封孔深度10～18m。監測：單孔瓦斯抽采濃度、單孔瓦斯抽采純流量、支管路瓦斯抽采濃度和純流量，連續觀測7天。

3 氣相壓裂方案優化

在氣相壓裂施工過程中，原有氣相壓裂方案獲得了以下效果：

1）抽采效果顯著提高；

2）掘進期間瓦斯不超標；

3）K1值不超標。

但由于每掘進70m為一個循環，氣相壓裂施工接替較為頻繁，巷道掘進速度未獲得顯著提升，根據以往進行的80m雙孔壓裂試驗及其優點，可以認為：80m循環雙孔壓裂試驗在原有60m雙孔試驗優點的基礎上，提高了循環單進與巷道月進尺，更有利于試驗工作面的連續快速生產。

為更有效地提高巷道掘進速度，減少施工接替情況，借鑒80m雙孔壓裂方案，在5302、4322工作面增加使用“2+12”的技術方案，2個80m的壓裂孔，12個100m的抽采孔，每循環壓裂過后掘進80m，用以提高巷道單進水平，在掘進工作面前方布置2個壓裂鉆孔，12個瓦斯抽采鉆孔，鉆孔設計參數見表2，鉆孔設計方案見圖2，鉆孔參數詳情如下：

3.1 壓裂鉆孔參數

孔號：2#、5#；鉆孔直徑：Φ113mm；鉆孔深度：見設計圖2；開孔高度：見設計圖2；壓裂孔角度：方位角見設計圖2，傾角：根據掘進前方煤層傾向確定，一般為：煤層傾角+1度；壓裂鉆孔兩堵一注膨脹水泥封孔長度10～18m，全程下篩管，如果由于客觀原因，無法達到設計封孔深度，效果考察時不予考察。

3.2 瓦斯抽采鉆孔參數

孔號：1#、3#、4#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#；鉆孔直徑：Φ113mm；鉆孔深度：見設計圖2；開孔高度：見設計圖2；壓裂孔角度：方位角見設計圖2傾角：根據掘進前方煤層傾向確定，一般為：煤層傾角+1度；壓裂鉆孔兩堵一注膨脹水泥封孔長度10～18m，全程下篩管，如果由于客觀原因，無法達到設計封孔深度，效果考察時不予考察。

3.3 施工工藝

施工壓裂鉆孔，鉆孔成孔后，及時將壓裂管、封孔器、推桿等推進鉆孔，啟動壓裂；施工抽采鉆孔要詳細記錄打鉆過程中的動力現象。打一個鉆孔，封一個鉆孔，聯網一個鉆孔，要求全程下篩管，封孔深度10～18m，在方案的執行中，必須嚴格把關6個關鍵技術環節：可靠測試瓦斯含量、優化鉆孔位置、保障鉆孔和封孔質量、突出參數效果檢驗。

圖2 5302、4322掘進工作面氣相壓裂方案

表2 壓裂鉆孔參數

4 敏感突出危險性指標考察及消突效果評價

4.1 敏感突出危險性指標測試情況

為評價氣相壓裂方案的消突效果，在井下巷道布置測點對相關數據進行了實測，得出的K1值測試數據見表3。

4.2 氣相壓裂卸壓增透消突效果評價

每天巷道掘進之前，測試工作面前方的鉆屑解吸指標K1值。通過對7條壓裂巷道壓裂過后卸壓鉆孔施工情況及防突參數K1值的統計分析，說明氣相壓裂實現了巷道掘進期間的消突卸壓，極大降低了巷道突出危險性。打鉆動力現象大幅減少，卸壓鉆孔施工變得容易，效率加快。壓裂過后巷道壓裂段的掘進過程中，防突參數K1值均未超過0.4，最大值0.37，平均0.34。實現了巷道的安全掘進。