浅谈穿层钻孔封孔工艺对抽采效果的影响研究

浅谈穿层钻孔封孔工艺对抽采效果的影响研究

徐保磊,孔路路,苏 ,野

新疆焦煤（集团）一八九〇煤矿有限公司  新疆  乌鲁木齐  830025

摘要：为了提高为了提高煤矿穿层钻孔瓦斯抽采浓度及抽采效率，基于合理封孔深度的重要性,根据某矿现有测定条件,采用测定瓦斯抽采参数法研究不同封孔工艺下的抽采效果，最后确定某矿穿层钻孔合理封孔深度为9m，始封深度为2m,大幅度提高了瓦斯的抽采浓度，延长了抽放衰减周期，为穿层钻孔瓦斯长时间预抽提供了技术支撑，实现了矿井高浓度瓦斯的稳定利用，增加了安全保障，创造了经济效益。

关键词：穿层钻孔;瓦斯抽采;封孔工艺；封孔深度;

0引言

穿层钻孔预抽条带煤层瓦斯作为区域预抽方式之一，有效治理了突出矿井掘进巷道瓦斯治理难题。王兆丰[1]等研究了我国瓦斯抽采存在的问题和对策，程志恒[2-6]等认为合理封孔深度和封孔质量是决定预抽瓦斯效果的重要因素。王松[7]等通过巷帮“三带”理论分析，确定穿层钻孔的合理封孔长度。某矿在实际穿层钻孔抽采效果跟踪过程中，发现底抽巷穿层施钻钻孔受底抽巷顶帮破碎影响，存在封孔段漏气现象，单孔浓度衰减较快，抽采效果不明显。

为解决上述难题，本文通过不同封孔工艺对比分析，研究合理的穿层钻孔封孔方式和始封深度，以期为确定穿层钻孔封孔工艺促进瓦斯抽采效果提供借鉴。

1基本情况

某矿位于沁水县胡底乡，2021年3月15日正式投产转为生产矿井， 2012年被直接认定为煤与瓦斯突出矿井，2021年投入生产，核定生产能力240万吨/年，水文地质属中等类型，批准开采3#煤层属Ⅲ类不易自燃煤层，煤尘无爆炸危险性。

2煤层基本瓦斯参数

《某矿3号煤层瓦斯可抽采评价参数与抽采半径测试》研究报告，对3#煤层参数进行测定，瓦斯含量15.43-18.68m3/t，瓦斯压力1.50-1.65MPa，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.042-0.046d-1，煤层透气性系数为0.134-0.26m2/MPa2·d，属可以抽放煤层。煤层坚固性系数0.45-1.09，瓦斯放散初速度△p25.2-27.8，穿层钻孔瓦斯抽采半径3.4m（30天）。

3“三带”理论及实际考察参数

煤岩体受采掘空间破坏的影响，其原始应力平衡状态被破坏，内部应力重新分布，造成煤岩体发生破裂变形，这种破坏逐步向深部扩展,形成巷道围岩松动圈，随着深度增加直到达到新的三向应力平衡状态为止，这时由外到内依次形成卸压带、应力集中带和原始应力带(简称为巷道“三带”)。

巷道周边三带范围大小是影响巷道支护、瓦斯抽采钻孔封孔深度的重要参数。抽采钻孔合理封孔深度的确定需分析巷道“三带”分布以及钻孔周围煤岩体结构的特点。

4 1304底抽巷概况

某矿1304底抽巷布置于1304胶带顺槽和1304回风顺槽之间，1304胶带顺槽及1304回风顺槽位于3号煤层中，如图1所示。采用矩形断面，位于1304底抽巷南侧水平距离50m、25m。对1304胶带顺槽与1304回风顺槽进行区域预抽，以掩护2条煤巷掘进，巷道全长1055米，1304底抽巷布置在岩层中，根据实际探测结果，顶板距离3#煤层底板平均14m，采用矩形断面，断面为4.4mx3.4m。

钻场尺寸为5.0m（长）×4.5m（深）×3.4m（高），钻场设计施工钻孔8排，共计施工87个钻孔，终孔间距为6.8m，孔径94mm,钻孔穿过煤层顶板0.5m。

图1 钻场布置示意图

4.1现实中存在的抽采问题

在实际钻孔抽采效果跟踪过程中，发现由于1-5号钻场钻孔封孔段较短且受1304底抽巷顶帮破碎影响，存在封孔段漏气现象，单孔浓度衰减较快。钻场封孔需要改进封孔方式，加长封孔段，加大始封深度。

在实际施钻过程中对6-9号钻场加长了封孔长度至9m，10号至14号钻场在保持9m封孔长度基础上进一步加大了始封深度。

4.2封孔工艺改进情况

1-5号钻场钻孔封孔方式：采用“两堵一注”封孔方式，钻孔封孔从距孔口0.5m位置起封，封闭至距孔口5.5m位置，即靠近孔口的囊袋安设在孔口0-0.5m的位置，靠近孔底的囊袋安设在距孔口5.5m-6m的位置，封孔段长度不少于5m。

6-10号钻场钻孔封孔方式：采用“两堵一注”封孔方式，钻孔封孔从距孔口0.5m位置起封，封闭至距孔口8.5m位置，即靠近孔口的囊袋安设在距孔口0-0.5m的位置，靠近孔底的囊袋安设在距孔口8.5-9m的位置，封孔段长度不少于8m。

11-14号钻场钻孔封孔方式：采用“两堵一注”封孔方式，钻孔封孔从距孔口2m位置起封，封闭至距孔口9m位置，即靠近孔口的囊袋安设在距孔口2-2.5m的位置，靠近孔底的囊袋安设在距孔口8.5-9m的位置，封孔段长度不少于6m。

4.3抽采数据分析

从以上数据分析可以看出：

1-5号钻场和6-10钻场相比，在将封孔长度由6米延长至9米后，在应力集中带加长了封孔段，钻孔接抽初始平均浓度提升了60.8%，钻场预抽三个月后总体平均浓度有明显提升了54.5%。

6-10钻场和11-14钻场相比，加大始封深度后，钻孔接抽初始平均浓度明显提升了25%，钻场预抽三个月后总体平均浓度有明显提升了73.8%。

5结论：

1、在实际生产中，一是巷帮的应力集中区域岩体极为破碎，在抽采负压作用下，裂隙会成为沟通外界空气与抽采管路的通道，大量的抽空导致钻孔抽采效率极低，抽采浓度较小,影响瓦斯抽采效率;二是钻孔在应力集中区域极易发生失稳破坏，孔壁因为失稳破坏所形成的煤体颗粒较大，是钻孔堵塞和破坏最为严重的区域。因此穿层钻孔封孔长度应大于围岩松动圈范围，始封深度应避开卸压带，在应力集中带加长封孔段，对孔壁起到有力支撑，形成应力屏障，有效防止该区域两侧裂隙发育贯通，隔断钻孔瓦斯抽采泄露通道。

2、采用测定瓦斯抽采参数法研究不同封孔工艺下的抽采效果，最后确定某矿穿层钻孔合理封孔深度为9m，始封深度为2m,大幅度提高了瓦斯的抽采浓度，延长了抽放衰减周期，为穿层钻孔瓦斯长时间预抽提供了技术支撑，实现了矿井高浓度瓦斯的稳定利用，增加了安全保障，创造了经济效益。

3、实际考察松动圈范围，增加启封深度，可以有效地封堵抽放巷道松动圈的裂隙 ,保证外套管不漏气，最大程度的减小围岩变形、裂隙对封孔质量的影响。同时根据劳动强度和成本投入，合理确定封孔工艺。

参考文献：

[1]王兆丰,刘军．我国煤矿瓦斯抽放存在的问题及对策探讨[J].煤矿安全,2005(03):29-32+44.

[2]陈敏.抽采钻孔合理封孔深度的综合确定[J].煤炭术,2019,38(07):132-135.

[3] 陈建忠,代志旭.瓦斯抽采钻孔合理封孔长度确定方

法[J].煤矿安全,2012,43(08):8-10.

[4]曾学礼,鲁义,尹红球.底板巷穿层钻孔合理封孔段位置的研究与确定[J].山东煤炭科技, 2020(8):3.

[5]程志恒.底抽巷穿层钻孔封孔深度与布孔间距优化研究.[J]. 煤炭科学技术, 2017, 45(2):7.

[6]张长山,刘晓刚,程志恒,等.底抽巷穿层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[J]. 煤炭科学技术, 2016(S2):5.

[7]王松.基于巷道“三带”瓦斯含量分布特征的合理封孔深度研究[J].企业技术开发,2019,38(04):74-75,90.

作者简介：徐保磊，1981.6-，男，汉族，河南开封人，2022年1月毕业于中国东北大学，机电一体化专业，大专学历，助理工程师职称；现在1890煤矿有限公司，从事煤矿技术管理工作。