瓦斯赋存异常条带打钻防喷孔装置研究与应用

瓦斯赋存异常条带打钻防喷孔装置研究与应用

赵萌侯司宾程翔

（平煤股份勘探工程处河南平顶山467000）

摘要：平煤集团十矿己15-24100机巷底抽巷施工防突钻孔期间频发发生喷孔，在分析喷孔原因后，使用防喷孔装置执行防瓦斯超限措施，取得了良好的使用效果。

关键词：瓦斯治理；防喷孔装置；防瓦斯超限

防突钻孔施工过程中，孔壁周围煤体卸压，短时间孔内积聚的大量瓦斯造成顶钻、夹钻、塌孔，尤其是发生喷孔现象，短时间从孔内涌出大量瓦斯、钻屑，使巷道风流瓦斯浓度骤增，甚至导致瓦斯超限事故，严重威胁施工人员的生命财产安全[1-3]。实践证明，在瓦斯赋存异常条带区域打钻时经常伴随喷孔，而使用防喷孔装置是行之有效的防瓦斯超限措施。平煤集团十矿己15-24100机巷底抽巷310m至510m区域，受地质构造影响软煤层发育，属瓦斯赋存异常条带，打钻施工期间使用了防喷孔装置，有效控制了喷孔造成的高浓度瓦斯超限，保障了安全生产和施工进度。

1采面概况

平煤集团十矿己15-24100采面埋深720m~980m，北部未开采，所采己15煤层为煤与瓦斯突出煤层，实测煤层瓦斯压力2.95MPa，含量20.34m3/t。己15煤层厚度1.5m～2.6m，平均2.2m左右，煤层倾角10～27°且结构稳定，与己16煤层夹矸0.3～7.5m，东薄西厚，工作面顶板为厚层状砂质泥岩或砂岩。

为保证己15-24100机巷掘进期间的施工安全，在己15-24100机巷底抽巷施工穿层钻孔及水力冲孔钻孔，预抽煤层瓦斯，掩护煤巷掘进。

2钻孔设计及瓦斯超限分析

设计施工防突钻孔，控制上覆机巷两帮各15m，每组钻孔间隔4m，每组钻孔10个，组内每个钻孔终孔点间隔4.5m，钻孔终孔点应穿过己15煤层0.5m，钻孔孔径94mm，钻孔参数如图1所示。

备注：钻孔参数以现场实际为准，终孔必须见己15煤层顶板0.5m以上。

目前已经探明的瓦斯地质异常区段是开口向里310m~~510m，如图2所示，钻孔施工至抽7点里44m（开口向里310m处），出现打钻过程瓦斯涌出量较大的情况，机巷底抽巷上帮钻孔比下帮钻孔异常大，出现次数多，几次比较大的瓦斯异常都出现在上帮钻孔。

图2己15-24100机巷底板巷外异常条带示意

按照打钻喷孔、响煤炮分级标准（表2），施工期间，己15-24100机巷底抽巷358次异常，其中8次为响煤炮，4次伴有喷孔，喷孔354次。超限14次，0.6%-1.0%的高值10次，超限最大值为5.4%。

分析打钻引起瓦斯超限原因，得到以下结论：

（1）煤层瓦斯赋存较大，实测煤层瓦斯压力2.95MPa，含量20.34m3/t。

（2）本区域己15、己16、己17煤层合层，煤层厚度大，瓦斯赋存量大，探明己16煤层中下部软分层发育，厚度在0.3~0.5m，且己16煤底板为泥岩，透气性差，保存瓦斯能力较好，软分层和泥岩中赋存的大量的瓦斯。

（3）钻机操作人员打钻速度过快，孔内钻屑未全部排出，钻屑在孔内滞留，瓦斯压力达到一定值之后，携带着煤粉从孔内喷出。

（4）打钻过程中有出渣量大现象未引起重视，依然保持钻机正常钻进，钻孔内钻屑未能及时排出。

（5）己15-16煤层容易出现塌孔现象，塌孔段以里聚集大量的瓦斯，瓦斯压力逐渐增高，达到阈值后突破孔内煤粉阻力，突然从孔内喷出大量高浓度瓦斯，形成严重喷孔。

（6）异常条带内受褶曲影响煤层有增厚趋势，在个别区域叠加断层影响，造成瓦斯较大，钻孔出渣量大；煤层瓦斯受小断层控制，造成局部瓦斯异常，最明显的例子就是相邻两个钻孔的瓦斯差异很大。

3使用防喷孔装置情况

防喷孔装置由风水射流除尘器、增强型气尘分离箱、排渣通道和改进型孔口罩四部分组成（图3）。

图3防喷孔装置示意

事实证明，正确使用防喷孔装置是防止喷孔造成瓦斯超限最可靠、最有效的安全防护措施，防止喷孔处置办法如下：

⑴钻进过程中出现夹钻、顶钻、排粉量增大等异常情况，但未发现瓦斯异常时，钻进采取轻压慢进方式，同时增大压风量，保持排粉通畅，并严密观察有无瓦斯异常情况。

⑵钻进时一旦出现轻微喷孔并造成瓦斯瞬时异常增大情况，立即停止钻进，动力头保持旋转，确保防喷孔装置与防喷管路连接完好，能够有效将孔口涌出瓦斯吸入防喷管路。只有孔口瓦斯涌出量短时间内恢复至正常水平且不再出现瓦斯高值，方可继续组织生产。

⑶发生停钻后仍持续喷孔并造成持续瓦斯高值，当班停止生产，将钻头后退10m-20m（防止夹死钻杆），钻杆尾部也连接防喷孔装置进行临时抽放。当班责任人员负责观察警戒，并向值班人员汇报；下一班根据现场情况决定继续临时抽放或恢复生产。

⑷瓦斯异常区域内施工时，成孔后立即封孔并通过防喷孔装置进行临时抽放，防止出现塌孔后下管通孔以及滞后喷孔造成的瓦斯超限，做到“随打随封”。

⑸对于瓦斯异常区域，还要根据抽采影响半径修改钻孔设计，缩小钻孔的孔间距、组间距，利用已成孔卸压，递进掩护下一个（组）钻孔施工。

⑹在有可能发生滞后喷孔区域施工时，坚持钻进、卸钻、封孔全过程使用防喷孔装置，并采用具有防滞后喷孔挡板的孔口罩，孔口罩始终固定在孔口，插上防喷挡板并连接防喷孔装置抽采孔内瓦斯，预防成孔后卸钻、封孔作业期间发生滞后喷孔。

4结论

安装使用防喷孔装置后，执行防止瓦斯超限措施期间有效控制16起轻度、中度喷孔，采用压风排粉正常钻进时回风流瓦斯浓度保持在0.21%~0.35%，有效促进了瓦斯异常条带打钻施工安全、高效。

参考文献

[1]张继周，李剑锋，许洪亮．深部高地应力突出煤层瓦斯喷孔防治技术[J].煤炭工程，2016,48（5）：62-64．

[2]陈存强，宋庆尧，聂政．突出煤层打钻防喷孔装置[J].煤炭技术，2005,24（10）：22．

[3]黄旭超，程丽，陈宴勤，王艳华等.穿层钻孔喷孔发生的突变机理及防喷孔措施[J].煤矿开采，2010,15（2）：97-99．

作者简介

赵萌（1983-），男，河南偃师人，安全工程硕士，现任职于平顶山天安煤业股份有限公司勘探工程处，从事煤矿安全管理和防突工作。