新景礦低位抽采巷下向穿層機械造穴技術

高 明 路 璐

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

目前底抽巷穿層水力造穴是新景公司在高突危險性煤層的一項常規消突技術措施，原理是將煤層下部巖層作為安全屏障由底板巖巷向煤層打抽放鉆孔，并利用高壓水射流在突出煤層中沖出若干個直徑較大的孔洞[1]，同時排出一定量的破碎煤體及大量瓦斯氣體，在孔洞周圍形成一定范圍的卸壓區，提高區域內煤體透氣性，達到消突目的[2]。

底抽巷穿層水力造穴措施雖能較好地實現消突效果，但需在煤層下部施工底抽巖石巷，大大增加了工程投入，且煤巷的掘進效率受到了底抽巷施工進度的限制。為達到“一通三防”降成本工作要求，新景公司在15#煤15124 走向巖石低位抽采巷試驗下向穿層機械造穴技術，從而代替底板抽采巷，減少巖巷工程量，提高佛洼15#突出煤層掘進效率，并為下一步推廣應用下向穿層機械造穴技術積累寶貴經驗。

1 工程背景

施工地點為15124 低位抽采巷掘進工作面，位于15#煤佛洼采區北翼西部。工作面煤層賦存較穩定，結構簡單，屬中灰、中硫的優質無煙煤，煤層平均厚度5.08 m，15#煤下部隔著平均厚度1.49 m的夾石層發育有15#下煤。

15124 低抽巷布置于距15#煤層頂板8 m 左右的層位中，沿K2 石灰巖中部的泥巖由南向北掘進，巖層傾角2°～7°，巷道設計長度2 086.24 m。在15124 低位抽采巷施工下向造穴鉆孔目的是保護15124 回風巷煤巷掘進。

15124 回風巷沿15#煤層頂板布置，采用見頂見底掘進方式，巷道設計長度2 055.26 m，巷道斷面為矩形，凈寬5 m，凈高5 m，凈斷面25 m2，低位抽采巷與回風巷水平間距為15 m。

2 下向穿層鉆孔設計方案

15124 低位抽采巷口往里210 m 處開始下向造穴孔施工區段，單組設計7 個鉆孔（2#、3#、4#、5#為造穴孔，其余為普通抽采鉆孔），鉆孔組間距5 m，最長鉆孔43.8 m，最短鉆孔13.8 m，每組鉆孔工程量為172.2 m，設計鉆孔終孔保護順層條帶下輪廓線左右15 m 范圍，施工試驗組10 組。

由于15#煤與15#下煤中間有夾矸（均厚1.49 m），故實際鉆孔深度以穿透15#下煤進入底板0.5 m 為準。鉆孔施工設計如圖1，鉆孔位置參數見表1。

圖1 鉆孔布置設計圖

表1 鉆孔位置參數表

3 下向穿層機械造穴工藝及裝備

3.1 試驗裝備

采用鉆機型號為ZDY10000LPS 機械式煤層造穴卸壓裝置，鉆桿為直徑89 mm 的三翼鉆桿，鉆頭為直徑133 mm（擴孔直徑550 mm）的自動開合式擴孔鉆頭，如圖2。

圖2 鉆機實物圖

3.2 工藝流程

（1）機械水刀開合試驗

作業前，為保證裝置的可靠使用，應在孔口進行刀臂開合試驗。開機后調整清水泵站使用壓力，使水壓逐漸升高，觀察刀臂開始打開時的壓力以及完全打開時水壓（正常打開時泵站壓力為1.5～2 MPa），保證機械刀臂開合正常后方可開始施工。

（2）打鉆作業

① 正常打鉆時采用高低壓轉換接頭連接鉆頭和鉆桿，將清水泵站壓力調至慢1 或慢2 檔；

② 依次啟動泵站和鉆機，待孔口返水正常后開始鉆進，直至打完一根鉆桿[3]；

③ 依次停鉆、停泵，手動卸下高低壓轉換接頭，并加接鉆桿（嚴禁動力頭反向旋轉，防止造成掉桿）；

④ 重復步驟①和②，直至正常打鉆作業完畢。

（3）造穴作業

① 使用自動開合式機械擴孔裝置連接鉆頭和鉆桿，鉆孔施工至開始穿煤層（15#煤）前按照正常打鉆作業操作流程，通過鉆孔返水顏色和旋轉壓力確定進入煤層，開始按照設計造穴的鉆孔進行機械造穴作業（2#、3#、4#、5#為造穴孔，需對15#煤穿層造穴）；

② 確定穿層鉆進至需擴孔造穴的煤層時，停止推進，保持動力頭旋轉，將泵站檔位調整至快2 檔（泵站壓力為3～4 MPa），待刀臂完全打開，待孔口返水正常后開始緩慢推進（擴孔時鉆機旋轉壓力為5～10 MPa）；

③ 重復加桿作業，直至機械水刀穿過15#煤層（鉆孔返水由黑色變為白色，鉆機旋轉壓力增大）。

（4）鉆孔排渣除水作業

① 鉆孔按設計要求施工完畢后，先用高壓水進行返水排渣，將泵站檔位調整至快2 檔最大流量，啟動泵站、鉆機，待孔內返水正常后，將鉆機旋轉手柄打至“正轉”位，沖洗鉆孔直至返水變清為止；

② 停機停泵后，將高壓風管與鉆機高壓旋轉接頭連接，通過壓風進行排水除渣，直至孔內積水和煤渣返出量很少為止；

③ 排水除渣作業完畢時，退出自動開合式機械擴孔裝置，鉆孔施工完畢。

4 抽采效果

鉆孔施工10 組后，對試驗鉆孔采用“一堵一注”水泥砂漿封孔工藝，封孔深度1～9 m。封好鉆孔后先用堵頭將孔口堵好，待注入水泥漿凝固24 h 后連接抽放。每組鉆孔安裝一個放水集氣裝置，并安設導流管，用于測定抽采流量、負壓、濃度等參數[4]。對試驗階段的10 組共70 個鉆孔的瓦斯抽采情況進行統計，累計抽采45 d 后，經過分析統計的數據發現主管抽采濃度35.4%～48.2%，平均為41.6%，抽采純量為1.76～2.62 m3/min，平均為2.21 m3/min。鉆孔抽采濃度及純量情況如圖3。

圖3 鉆孔抽采濃度及純量

5 結論

（1）結合新景公司15#煤層地質情況及工程實際，研究制定了15124 低位抽采巷下向造穴鉆孔施工方案，以保護下覆煤層回風巷左右15 m 范圍，實現區域消突卸壓，保障礦井安全生產的目的。

（2）采用大扭矩機械式煤層造穴鉆機搭配開合式擴孔鉆頭，經過反復試驗總結出一套適合現場實際、安全可靠的施工工藝流程。

（3）通過對試驗鉆孔抽采濃度分析匯總，主管抽采濃度達到41.6%，瓦斯抽采量達到2.21 m3/min，抽采效果良好。下向造穴技術為礦井提高銜接水平，實現降本提效積累了寶貴經驗。