底板穿層鉆孔瓦斯抽采技術優化

摘要：為提高3#煤層瓦斯抽采效率，優化底抽巷內穿層鉆孔瓦斯抽采技術，具體通過注漿、優化封孔提升鉆孔密封效果，優化排渣減少鉆孔鉆進期間瓦斯動力顯現，使用常壓水擴孔并合理調控抽采管網提升瓦斯抽采效果。工程應用后，3301回風巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采效率得以顯著提高，為巷道掘進及后續采面回采創造了良好條件。

關鍵詞：底抽巷；穿層鉆孔；突出煤層；瓦斯抽采

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.029

Optimisation of Gas Extraction Technology for Bottom"Plate Penetration Drilling

LI Lei

（CCTEG Chongqing Research Institute， Chongqing 400037， China）

Abstract： In order to improve the efficiency of gas extraction in coal seam 3 #， optimize the gas extraction technology of cross layer drilling in the bottom drainage roadway， specifically improve the sealing effect of drilling through grouting and optimized hole sealing， optimize slag discharge to reduce gas dynamic manifestation during drilling， use atmospheric water to expand the hole and reasonably regulate the extraction pipeline network to improve the gas extraction effect. After engineering application， the gas extraction efficiency of the 3301 return airway bottom drainage roadway through layer drilling has been significantly improved， creating good conditions for tunnel excavation and subsequent mining face recovery.

Keywords： bottom extraction roadway; through-hole drilling; prominent coal seam; gas extraction

當回采煤層不具備保護層開采條件時，底抽巷穿層鉆孔是最為常見的區域瓦斯治理手段[1-2]。提高底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采效率有助于降低瓦斯抽采達標時間，從而為煤層安全回采創造良好條件[3-4]。文章以西南地區某礦3301回風巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采為工程背景，分析影響穿層鉆孔瓦斯抽采效率因素，并針對性給出抽采技術優化技術方案，以期為其他類似的穿層鉆孔瓦斯抽采優化提供經驗借鑒。

1 工程概況

西南地區某礦回采的3#煤層厚度為2～3 m，傾角為3°～9°。3#煤層具有突出危險性，原始瓦斯壓強、瓦斯含量分別為1.95 MPa、17.69 m3/t，煤層松軟且透氣性較差。3#煤層3301采煤工作面采用U型通風方式，通過底抽巷開展區域瓦斯治理工作，現階段正掘進3301回風巷底抽巷，具體布置如圖1所示。

1.1 底抽巷圍巖巖性及支護情況

3301回風巷底抽巷位于3#煤層下覆15～20 m巖層，巷道頂底板巖性以泥巖、砂質泥巖、細粒砂巖以及粉砂巖為主。3301回風巷底抽巷采用錨網索支護方式，受巷道埋深大、圍巖承載能力差、地質構造以及3301回風巷掘進擾動等多因素影響，底抽巷出現圍巖變形嚴重，頂板和巷幫位移量最大可分別達到525 mm、579 mm，同時出現頂板裂隙發育程度增加等情況，3301回風巷底抽巷圍巖變形導致底板穿層漏氣、降低穿層鉆孔瓦斯抽采效果。

1.2 底抽巷穿層鉆孔布置情況

3301回風巷底抽巷內每隔5 m布置一組穿層鉆孔，一組包含8個穿層鉆孔，鉆孔傾角為10°～87°，孔徑為89 mm、孔深為17～45 m，具體布置情況如圖2所示。

鉆孔用水排渣，在施工期間頻繁出現噴孔、定鉆孔等情況；封孔用“兩堵一注”方式，受水泥、聚氨酯收縮影響，導致鉆孔瓦斯抽采濃度降低。現場統計，發現鉆孔封孔完成50 d后，平均瓦斯抽采濃度由35.9%降至16.8%。現有的底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采效率較低、瓦斯抽采濃度衰減較快，一定程度上降低穿層鉆孔瓦斯抽采效果。

2 底板穿層鉆孔瓦斯抽采技術優化

2.1 裂隙發育區注漿加固

在3301回風巷底抽巷圍巖變形嚴重區或者底板裂隙發育區等，使用注漿加固底抽巷頂板巖體強度和穩定性，并封堵穿層鉆孔周邊裂隙，提高穿層鉆孔瓦斯抽采效果。具體注漿鉆孔布置設計如圖3所示。

按5 m間距布置一組注漿鉆孔，單組注漿鉆孔包含3個注漿孔，按照預先設計的傾角、方位角以及鉆孔開孔位置注漿加固鉆孔，鉆孔孔徑統一為94 mm，鉆孔終孔位于3#煤層下覆3 m位置。

注漿用水泥單液漿，水灰比為0.8∶1.0，注漿壓強為2～3 MPa。如果鉆孔孔口出現大面積跑漿時，則采用間歇方式進行注漿。

2.2 優化鉆孔排渣方式

優化3301回風巷底抽巷原有的水排渣方式，提高鉆孔鉆進效率和安全保障水平，具體采取的措施包括3點。一是穿層鉆孔用?94 mm鉆孔開孔（鉆進

2 m），并安設防噴裝置；二是使用89 mm鉆頭鉆進，待鉆孔鉆進至距3#煤層底板1～2 m處用壓風排渣代替水排渣；三是在鉆孔鉆進期間使用中壓風排渣+低負壓抽放+防噴裝置減少瓦斯涌出量，并削弱鉆孔噴孔強度。

2.3 優化鉆孔封孔方式

用囊袋代替聚氨酯封孔。穿層鉆孔內抽采管直徑為50 mm、注漿管直徑為20 mm，封孔時第一囊袋布置在距離孔口2.5～3.5 m位置，第二囊袋布置在距離3#煤層見煤點0.5～1.0 m位置，使用注漿管向兩囊袋間進行注漿加固，具體封孔囊袋布置如圖4所示。

使用囊袋代替聚氨酯進行封孔后，孔封孔成本增加10%～15%，但是鉆孔封孔質量明顯提升，瓦斯抽采效率增幅超過60%。

2.4 優化鉆孔抽采方式

為提高單個穿層鉆孔瓦斯抽采量，對部分瓦斯抽采濃度較低鉆孔進行常壓水二次擴孔。具體步驟是將高壓管伸到見煤段后，利用常壓水沖洗孔內煤體，單孔沖洗煤量為5～10 kg，待沖洗后恢復接抽。現場使用該技術后，可減少約10%的補充鉆孔，不僅能夠提高瓦斯抽采效率，而且能夠降低鉆孔鉆進工程量，為瓦斯抽采達標提供良好條件。

2.5 其他優化措施

2.5.1 優化埋管

為避免穿層鉆孔接抽期間，抽采篩管堵塞引發瓦斯富集、噴出等問題，去除穿層鉆孔在端頭布置的堵頭和煤層段布置的抽采篩，同時在匯流器處增設放水器、法蘭過濾網，對瓦斯抽采管路均使用高風壓抽采。

2.5.2 合理調控抽采參數

當鉆孔接抽初期瓦斯濃度在50%以上時，抽采負壓控制在30 kPa以上；當初始抽采瓦斯濃度在30%以上時，抽采負壓控制在20 kPa以上；當初始抽采瓦斯濃度在30%以下時，采用注漿封堵鉆孔周邊裂隙、二次注漿封孔等方式提高鉆孔瓦斯抽采濃度。當穿層鉆孔接抽30 d時瓦斯濃度降至30%時，采用控制性抽采方式提升瓦斯抽采效果；當穿層鉆孔接抽30 d時瓦斯濃度降至20%以內時，對鉆孔孔底煤層段進行常壓水二次擴孔。

3 穿層鉆孔瓦斯抽采優化效果分析

結合3301回風巷底抽巷穿層鉆孔現場布置情況和抽采煤層賦存情況等，優化穿層鉆孔瓦斯抽采，并進行工程應用。現場應用后，3301回風巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采純量等均得以顯著提高，穿層鉆孔接抽12個月后抽采區域內煤層瓦斯預抽率可達到68%；待瓦斯抽采達標后，3301回風巷掘進期間未出現瓦斯涌出量大、瓦斯動力顯現等，巷道掘進基本不受瓦斯影響，掘進進尺超過7 m/d，穿層鉆孔瓦斯抽采效果顯著。

4 結論

結合現場情況，優化3301回風巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采技術。通過對底板裂隙發育區和底抽巷圍巖變形嚴重區進行注漿加固，封堵圍巖集穿層鉆孔裂隙、提高巖體整體強度及穩定性；在靠近煤層段鉆進時將水排渣優化為中壓風排渣+低負壓抽放+防噴裝置方式；優化鉆孔封孔方式，使用囊袋代替傳統的聚氨酯，在封孔的水泥中增加添加劑改善水泥漿性能；優化鉆孔瓦斯抽采方式。工程應用后，顯著提高了3301回風巷底抽巷穿層鉆孔瓦斯抽采效率，在提高區域瓦斯高效治理、降低瓦斯抽采達標耗的同時增強3#煤層開采安全生產保障能力。

參考文獻

1 李東棟.萬峰礦煤層瓦斯抽采鉆孔濃度提升技術研究[J].中國礦山工程，2023（5）：83-88.

2 沈洪才.段王煤礦煤層瓦斯參數測定及抽采可行性分析[J].中國礦山工程，2022（6）：39-44.

3 李義強，屈花榮，姚明柱，等.桑樹坪煤礦穿層鉆孔漏氣位置檢測及“三堵兩注”封孔提濃技術研究[J].煤炭科技，2023（5）：105-109.

4 孫 赫.穿層鉆孔瓦斯抽采半徑研究[J].煤炭技術，2024（3）：165-168.

作者簡介：李蕾（1992—），男，山西臨汾人，工程師。研究方向：礦井瓦斯災害防治。