松軟煤層瓦斯抽采鉆孔施工工藝

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摘要:在高瓦斯低透氣性松軟煤層中施工鉆孔極易出現(xiàn)噴孔、塌孔、頂鉆、夾鉆等現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔成孔率低、成孔深度淺。通過對鉆孔施工工藝、防噴裝置等方面的研究改進，摸索出一套行之有效的抽采鉆孔施工辦法，有效解決了漳村煤礦高瓦斯低透氣性松軟煤層抽采鉆孔的施工難題。

關(guān)鍵詞:低透氣性;松軟煤層;抽采鉆孔;施工工藝

漳村煤礦26采區(qū)3號煤層開采深度500m，最大絕對瓦斯涌出量23．66m3/min，煤層普氏系數(shù)0．43～0．49，鉆孔瓦斯衰減系數(shù)為0．185d－1，透氣性系數(shù)0．0493～0．0542m2/(MPa2•d)，最大絕對瓦斯壓力為0．2MPa，可以看出煤層具有煤質(zhì)松軟、煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大、透氣性低、瓦斯治理難度大等特點。而瓦斯抽采是降低煤層瓦斯含量、減小瓦斯壓力、減少瓦斯災(zāi)害最有效的手段，實現(xiàn)瓦斯抽采的關(guān)鍵是抽采鉆孔的施工，尤其是在高瓦斯低透氣性松軟煤層中施工鉆孔，極易出現(xiàn)噴孔、塌孔、卡鉆等現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔成孔率低、成孔深度淺。因此，必須采取有效措施加以解決。

1保證鉆孔成孔的技術(shù)措施

2603綜放工作面位于漳村煤礦26采區(qū)，開采3號煤層，煤層厚度平均6．11m，煤層傾角平均4°，工作面走向推進長度1173m，傾向長度285m。設(shè)計在2603運巷、工作面切眼和2603進風(fēng)巷布置鉆孔。其中2603運巷偏向工作面布置與巷道呈85°夾角的鉆孔429個;工作面布置與切眼中心線呈90°夾角的鉆孔146個;2603進風(fēng)巷偏向工作面布置與巷道呈85°夾角的鉆孔429個。鉆孔傾角與煤層傾角相同，鉆孔長度分別為120～170m不等。高瓦斯低透氣性松軟煤層抽采鉆孔得以成孔，得益于以下綜合措施:鉆機的穩(wěn)固、帶壓注漿護孔、中風(fēng)壓排渣、突出煤層安全鉆進防噴工藝。1．1鉆機的穩(wěn)固。在鉆孔施工位置用425號普通硅酸鹽水泥(預(yù)制尺寸為長×寬×深=3m×1．5m×1．5m)混凝土作為鉆機基礎(chǔ)，并在規(guī)定位置將4只地腳螺栓固定，鉆機就位后要將壓板固定在地腳螺栓上，擰緊螺母;在巷道壁上掏槽，采用4根絲杠穩(wěn)固鉆機;鉆機處巷道頂部施工兩個起吊錨桿，配合手拉葫蘆預(yù)防鉆機歪倒。1．2帶壓注漿護孔。通常來說，影響瓦斯抽采的主要因素有兩個:一是鉆孔參數(shù)的設(shè)計;二是封孔工藝。對于孔口封閉工藝，傳統(tǒng)的封孔方式完全依賴手工完成，無法達到穩(wěn)定性的要求，并且對于煤層鉆孔的封閉孔口的相關(guān)要素，如長度、深度等都無法滿足設(shè)計需求;考慮到在封孔時所使用的密閉材料會在鉆孔中產(chǎn)生膨脹的現(xiàn)象，而該膨脹效果無法得到有效控制，因此導(dǎo)致其很難對封孔周邊的縫隙進行有效封堵，在致密性上無法滿足需求，常常會出現(xiàn)氣體泄漏等后果。手工封閉孔口的工藝對于瓦斯抽采來說，存在抽采的氣體濃度不夠高，同時抽采的氣體濃度會迅速降低等實際問題。而帶壓注漿封孔技術(shù)則能有效避免傳統(tǒng)工藝存在的缺點，可以大大提高煤層瓦斯抽采的氣體濃度，并且其抽采的濃度可以保持較好的穩(wěn)定性，不至于過快降低，實際抽采效率較高。為避免含水層和垮孔、塌孔對鉆孔施工的影響，根據(jù)具體情況對鉆孔下套管，使用ZBY系列液壓注漿泵帶壓注漿進行套管固定和護孔。帶壓注漿護孔時漿液水灰質(zhì)量比1∶1，注漿壓力不小于4MPa，巖層裂隙及套管與孔壁之間注實，注漿后需對套管進行拉拔試驗，試驗壓力應(yīng)大于所鉆煤層的瓦斯壓力，從而避免發(fā)生孔內(nèi)事故，造成無法鉆進。1．3空壓機中風(fēng)壓排渣。礦井系統(tǒng)風(fēng)壓低(一般在0．4～0．5MPa)，風(fēng)量不穩(wěn)定，影響鉆孔排渣，制約鉆孔施工的深度。在現(xiàn)場使用MLGF20/12．5－132G螺桿空壓機進行施工作業(yè)，進入孔底的中風(fēng)壓經(jīng)鉆桿內(nèi)孔、鉆頭，在孔內(nèi)形成高速風(fēng)流，鉆屑懸浮在風(fēng)流中被高速風(fēng)流吹向孔口，從而實現(xiàn)排渣和鉆頭的降溫。對于強突出煤層，孔內(nèi)瓦斯與壓風(fēng)進行混合，孔內(nèi)只有氣、固兩相流，發(fā)生阻塞的可能性減小，避免了鉆屑在孔內(nèi)的積聚，從而減小和避免了噴孔事故的發(fā)生，使得鉆孔得以成孔。1．4突出煤層安全鉆進防(限)噴裝置。該裝置具有安全、可靠、使用簡單等特點。該裝置可同時在孔口實施邊抽邊鉆和氣煤粗分離，能迅速有效地將噴出的煤和瓦斯分別引入到設(shè)定的系統(tǒng)，并能有效捕滅鉆進中所產(chǎn)生的煤塵。當(dāng)強烈噴孔時，孔口防噴裝置能夠?qū)崿F(xiàn)噴孔可控，從根本上消除鉆孔強烈噴孔或鉆孔突出帶來的安全隱患。如圖1、圖2所示。

2施工工藝

利用ZDY－3200S型煤礦用全液壓坑道鉆機配合MLGF20/12．5－132G防爆型螺桿空壓機，先用D133mm的金剛石復(fù)合片鉆頭鉆進20m，然后下D127mm的套管20m進行護孔，同時采用ZBY系列液壓注漿泵對鉆孔進行全孔帶壓注漿固定套管和護孔，注漿壓力應(yīng)大于所鉆煤層的瓦斯壓力;待水泥漿凝固48h后，再用D94mm高強度金剛石復(fù)合片鉆頭配合突出煤層安全鉆進防噴裝置中風(fēng)壓排渣穿高瓦斯煤層鉆進成孔。在鉆進過程中要密切注意瓦斯變化情況，合理控制鉆速、鉆壓，避免瓦斯超限和噴孔事故的發(fā)生。

3應(yīng)用效果

1)2603運巷使用該工藝已施工完成本煤層鉆孔429個，其中96%的鉆孔成孔實際深度達到設(shè)計要求，鉆孔帶抽瓦斯?jié)舛绕骄禐?0%。2)2603進風(fēng)巷使用普通抽采孔施工工藝施工的抽采孔施工深度達到設(shè)計深度的只有75%，其中由于塌孔、夾鉆而產(chǎn)生一定數(shù)量的廢孔，部分鉆孔由于夾鉆導(dǎo)致鉆桿無法拔出，帶抽鉆孔瓦斯抽采濃度平均值為10%。3)高瓦斯低透氣性松軟煤層瓦斯抽采孔施工工藝達到了預(yù)期效果，目前正在2603回風(fēng)巷和2802工作面推廣使用。

4結(jié)語

1)本施工工藝為高瓦斯低透氣性松軟煤層抽采治理瓦斯提供了技術(shù)支撐，提高了高瓦斯低透氣性松軟煤層抽采鉆孔成孔率，提高了單孔抽采濃度;節(jié)約了報廢抽采鉆孔的成本，縮短了采掘面抽采達標時間，具有較大的經(jīng)濟和社會效益。2)本施工工藝降低了由于抽采孔施工過程中噴孔帶來的隱患，減少了施工抽采孔造成事故的可能性，避免了由于施工抽采孔噴孔造成巷道局部瓦斯超限。

作者:王振 單位:潞安環(huán)能股份公司