掘進迎頭水力造穴孔與普通鉆孔抽采效果對比

韓菊敏

(山西潞安職業技術學院，山西 長治 046204)

1 迎頭預抽鉆孔瓦斯抽采現狀

某礦N1502回順實測工作面前方20 m處瓦斯原始含量為10.1 m3/t，其中距頂板往下0.2～0.5 m范圍內為破壞類型Ⅴ類軟煤，經沈陽院現場實測該礦軟煤堅固性系數f值最小為0.16。掘進迎頭停頭打鉆預抽時，打鉆過程中經常發生鉆孔排渣不暢、卡鉆、埋鉆，尤其成孔退鉆后，由于煤質松軟、瓦斯壓力大等原因導致鉆孔塌孔，瓦斯抽采通道被堵塞，降低了鉆孔瓦斯抽采通道的有效利用長度，最終使鉆孔瓦斯抽采效率低、抽采時間長，嚴重制約迎頭掘進效率，影響礦井采掘銜接。為了快速降低掘進工作面迎頭瓦斯含量，迎頭預抽鉆孔進行水力造穴增透試驗[1]。

2 工作面概況

N1502回風順槽設計長度3 100 m，巷道斷面5.4 m*3.8 m，巷道沿煤層底板掘進，近水平煤層，迎頭原瓦斯治理措施為正頭均勻布置12個預抽孔，控制巷幫兩側各15 m，現試驗水力造穴孔布置。 2019年6月18日開始施工，現場瓦斯濃度0.08 %。截止6月28日，已按照設計要求成功完成造穴9個孔，總進尺730 m，共造穴61個(2#孔由于造穴47 m處時噴孔嚴重未繼續鉆進，53 m處未造穴)，其中4#、5#、6#、7#鉆孔鉆進120 m，造穴均按80 m要求進行施工。每個穴長1 m，造穴需40 min，平均每個穴沖煤量約2 t，根據現場煤層情況造穴高壓水調節為16～20 MPa為適。造穴過程中伴隨有噴孔現象，為防止瓦斯預警事故，打鉆、造穴過程中孔口必須安裝防噴孔氣水分離裝置[2]，具體參數見表1。

表1 N1502回順水力造穴參數表

3 迎頭預抽效果

3.1 巷道支管抽采濃度及純流量

為了考察N1502回順迎頭瓦斯抽采效果，對比分析6月18日N1502回風順槽迎頭水力造穴前后的抽采效果[3-5]，如圖1所示。N1502回風順槽瓦斯支管抽采純流量水力造穴后逐漸上升并趨于2.3 m3/min，較未造穴前增加了4倍；N1502回風順槽支管抽采濃度自第1個造穴孔抽采后，瓦斯濃度上升趨勢較大，平均增加3.6倍，且水力造穴全部完成后支管抽采濃度趨于穩定，保持在22 %左右。

圖1 迎頭水力造穴支管濃度及純量示意圖

3.2 迎頭鉆孔抽采效果對比

對比分析N1502回風順槽上輪未進行水力造穴的迎頭12個普通預抽鉆孔與迎頭進行水力造穴的9個水力造穴鉆孔的抽采效果，如圖2和圖3所示。根據抽采計算，迎頭未進行水力造穴的12個普通鉆孔日抽采純瓦斯量617.1 m3，9個水力造穴孔全部并網后日抽采純瓦斯量3 857.6 m3，造穴后鉆孔日抽采純瓦斯流量是未進行造穴鉆孔抽采量的6.2倍；迎頭由12個鉆孔變為9個，可節省3個鉆孔工程量。鉆孔經水力造穴后剛并網帶抽平均單孔濃度提升6.2倍，平均單孔純流量提升9.6倍。

圖2 迎頭普通預抽單孔濃度及日抽采純純量示意圖

圖3 迎頭水力造穴預抽單孔濃度及日抽采純純量示意圖

3.3 迎頭預抽效果評價

N1502回風順槽每個評價單元抽采達標時間計算(實測瓦斯含量10.1 m3/t),每個評價單元需抽采瓦斯量為[6-7]：

需抽采瓦斯量=鉆孔長度×治理寬度×煤厚×煤的比重×需抽噸煤含量=80 m×35 m×6 m×1 400 kg/m3×2.1 m3/t=49 392 m3

造穴前抽采時間=需抽采瓦斯量÷每日抽采量=49 392 m3÷617 m3=80天

造穴后抽采時間=需抽采瓦斯量÷每日抽采量=49 392 m3÷3 857.6 m3=13天

注：本次造穴自6月22日開始進行抽采，截至7月7日共計抽采瓦斯總量為56 304 m3>49 392 m3，故本單元評價抽采達標。

4. 結論

第一，迎頭水力造穴后，巷道支管抽采純流量上升至2.3 m3/min，較未造穴前增加了4倍；支管濃度上升至22 %，平均增加3.6倍。第二，迎頭預抽鉆孔水力造穴后，鉆孔個數由12個減少至9個，且造穴鉆孔每天抽采量是未進行造穴鉆孔抽采量的6.2倍。由于施工12個普通預抽鉆孔時間為4天，施工9個造穴鉆孔時間為9天，綜合得出迎頭水力造穴后抽采達標時間可縮短62天。