提高穿层钻孔抽放效果的技术措施及应用效果

提高穿层钻孔抽放效果的技术措施及应用效果

胡波涛

（义马煤业集团孟津煤矿有限责任公司 河南孟津 471100）

摘要：为了提高煤与瓦斯突出矿井区域治理效果，通过对底板巷穿层钻孔布孔、封孔、连孔工艺分析研究。孟津煤矿提出了提升底板巷密闭性、开孔三精准、优化冲孔工艺、优化下管工艺、推行三堵三注封孔工艺等措施后，底板巷穿层钻孔抽放效果明显提高，实现了底板巷穿层钻孔高浓度持久抽的目标，为类似矿井提高底板巷抽放效果提供了借鉴。

关键词：穿层钻孔；瓦斯抽放；高浓度持久抽

从20世纪80年代开始，随着机采、综采和综采放顶煤采煤技术的发展和广泛应用[1]，采区巷道布置方式有了新的变化，采掘推进速度加快、开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加，采区瓦斯平衡构成也发生了很大变化，进而给煤矿安全生产带来了巨大的潜在威胁[2]。瓦斯抽放作为矿井瓦斯治理的根本措施，加快对瓦斯抽放的策略和方法的探讨，显得尤为重要。

1 矿井概况

孟津煤矿隶属于河南能源集团义煤公司，位于河南省洛阳市孟津区横水镇境内。设计及核定生产能力均为120万吨/年，配套入洗能力120 万吨/年洗煤厂，井田位于新安煤田深部，走向长7km，倾向宽5.7～10km，面积57.53km2；主要可采煤层为山西组二1煤，煤厚0～19.62m、平均3.86m，煤层倾角3°～7°、平均5°；截止2023年12月底剩余可采储量6695.77万吨，剩余服务年限40年。矿井开拓方式为立井两水平上下山开拓，一水平标高-322m，二水平标高-500m，目前开采一水平，采深560-720m；采煤方法为倾斜长壁后退式采煤法，采煤工艺为综采放顶煤。

矿井瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井。实测二1煤层瓦斯含量7.97～16.37m3/t，瓦斯压力0.3～3.1MPa，绝对瓦斯涌出量39.82m3/min,相对瓦斯涌出量18.24m3/t，煤体破坏类型Ш～V级，煤体坚固性系数0.12～0.46，瓦斯放散初速度10.5～24，煤层透气性系数0.0489m2/(MPa2·d)。

2 提高底板巷瓦斯抽放效果的技术措施

（1）提升底板巷密闭性，筑牢“高浓度、持久抽”基础。

一是推行“大断面、强支护、不返修”施工标准。矿井新施工底板巷断面必须达到宽5m以上，巷道支护工艺优先采用锚网索、注浆锚索及围岩注浆等主动支护方式，提高围岩气密性确保底板巷满足瓦斯治理全周期需要；执行“巷道工程质量责任终身制”，谁施工谁负责，确保底板巷不出现失修。二是优化综掘施工工艺。矿井新掘底板巷必须采用综掘工艺掘进，相对炮掘工艺，能有效减少爆破震动对围岩的破坏，减少钻孔漏气。底板巷综掘要严格按照先初喷→再支护→最后复喷成型的顺序进行施工，针对围岩破碎、裂隙发育地段，采取注浆加固措施，封堵围岩裂隙，提高巷道整体密封性。三是全面推广壁后注浆。矿井要求瓦斯抽采穿层钻孔施工前先对施工地点巷道进行壁后注浆，封堵围岩裂隙。进一步封堵顶板裂隙以减少钻孔漏气通道，提高巷道稳定性，封堵围岩裂隙，保障提高抽采的基础条件[3]。

（2）实现钻孔开孔“三个精准”，确保“钻打准”。一是精准开孔。在底板巷内依据基准线精确测量钻孔开孔位置，并用“字模”喷漆标定开孔点。二是精准设计。每组钻孔优先施工探煤孔，根据探煤情况先每组施工2-3个大角度钻孔后，再次上图判断煤厚情况，进一步优化钻孔设计，确保钻孔施工到位。三是精准施工。底板巷全面推行使用开孔定向仪，要求所有钻孔开孔必须使用定向仪确保倾角和方位角精准无误，避免抽采空白带和相邻钻孔偏角误差引起的串孔问题。同时要求各区队施工小于60°的钻孔使用钻孔姿态仪解决小角度钻孔偏斜问题。

（3）优化冲孔工艺、提升冲孔效果。一是均匀冲孔，增大冲煤量。矿井将冲孔方式改为从孔底开始由上向下匀速冲孔，并要求钻孔煤孔段每米冲孔煤量由原来的1m³提升至1.5m³，保证钻孔冲孔均匀的同时，形成较大的抽采空间，确保均匀抽采和抽采效果。二是多次冲孔，保证抽采通道，确保全程下筛管。在钻孔退杆前反复冲洗钻孔3遍，确保抽采空间内无煤粉，排渣彻底，为抽采提供了有效的抽采通道，确保筛管下到底，实现高效抽采。

（4）改造煤水分离工艺，提升滤水效果。为确保冲煤计量同时保障冲煤滤水效果，矿井在每台钻机处采用洗煤厂滤煤筛板加工3m³容积的煤水分离积煤箱，该积煤箱四面均使用筛板代替传统钢板，滤水时间比传统积煤箱提升4～5倍，且解决了滤水期间的煤量流失问题。同时矿井对积煤箱进行改造升级，在筛板积煤箱的基础上增加气缸连锁清煤装置，可快速将积煤箱内的冲孔煤量推送至刮板输送机上，真正杜绝人工清运积煤，实现高效“煤水分离、煤粉计量、煤粉转运”的连续作业。

（5）优化下管工艺，提升抽采效果。为避免塌孔后钻孔堵塞，下筛管困难等问题。一是开展预留沉淀空间。即按照见煤点向下2m垂距为基准分析不同倾角钻孔相应的斜孔长度，作为预留煤（岩）渣沉淀空间，为煤（岩）渣的积存预留一定沉淀空间

[4]。二是增设防堵实管。为防止钻孔封孔后孔内煤（岩）渣逐渐累积导致筛管花眼堵死影响抽采效果，将封孔器以里第1根筛管更换为实管（煤孔段超过8m时安设2根实管），通过加长封孔器以里实管长度，有效避免沉积煤（岩）渣堵塞筛管花眼情况。三是加装锥形堵头。为确保筛管下到底，在筛管前端加装锥形堵头，使下筛管更容易。

（6）持续优化封孔工艺，推行三堵三注。一是采用“三堵三注”封孔工艺，在孔口聚氨酯封堵位置至封孔器外囊袋段空间位置预留两根注、返浆管，对初始浓度低于80%或者1个月后浓度低于40%的钻孔全部执行第“三堵”[5]。二是制定封孔段注浆充实判定标准。通过实验，确定以PE实管返清水和囊袋注浆压力达到1Mpa、充填段PE实管返清水和注浆压力达到1.5Mpa，作为封孔段注浆充实标准。

3 措施实施效果分析

目前矿井“高浓度、持久抽”示范巷道为12080上巷底板巷，共布置16部钻机，于2023年5月26日开始施工12080上巷底板巷煤巷条带0～500m穿层钻孔，设计钻孔1224个，已施工508个，通过狠抓十个关键环节施工、管理提升、技术提升、装备提升等手段取得了较好的效果。

12080上巷底板巷目前共计连抽钻孔508个，其中，初始浓度达到100%的55个，占比11%；达到90%以上的153个，占比89%；达到80%以上的468个，占92%；低于80%的不合格钻孔40个，占比8%。当前各单元浓度30～55%。

抽采30天、60天及90天钻孔浓度情况：

已连抽满30天钻孔共计329个，抽采第30天平均浓度67.1%，其中达到60%以上的270个，占比82%；60%以下的59个，占比18%。

已连抽满60天钻孔共计157个，抽采第60天平均浓度57.7%，其中达到40%以上的121个，占比77%；40%以下的44个，占比23%。

已连抽满90天钻孔共计38个，抽采第90天平均浓度55.2%，其中达到30%以上的35个，占比92%；30%以下的3个。

与“高浓度持久抽”实施前所施工钻孔单孔浓度对比：初始浓度达到80%钻孔比例由原占比17%提升至92%，提升5.5倍。单孔瓦斯平均初始浓度由75%提高至91.5%，30天后平均抽采浓度由40%提高至67.1%，60天后平均抽采浓度由32.6%提高至57.7%，90天后平均抽采浓度由30.7%提高至55.2%，单孔抽采浓大幅度提升，单孔抽采有效抽采时间明显延长。

4 结论

本研究以义煤公司孟津煤矿12080工作面底板巷为例，对工作面采用的底板巷抽采技术展开研究和探讨，针对其抽采技术及成效展开深入的探析和整理，通过提升底板巷密闭性、开孔三精准、优化冲孔工艺、优化下管工艺、推行三堵三注封孔工艺等措施，工作面底板巷实现了高浓度持久抽的试验目标，从而降低了工作面的瓦斯含量，为矿井后期安全开采打下基础。

作者简介：胡波涛（1988.10--），男，河南商丘人，本科学历，河南理工大学，工程师。

参考文献

[1]刘慧志．某煤层瓦斯抽放方法与实践研究［D］.山西: 中北大学，2013．

[2]王振锋,周英,孙玉宁,等. 新型瓦斯抽采钻孔注浆封孔方法及封堵机理［J］. 煤炭学报,2015,40(3):588-595

[3]辛宪耀，李宏，李海涛，等.长平煤矿瓦斯抽放效果影响因素分析及对策[J].现代矿业，2012（3）：3.

[4]周勇,张占国,程 波,等. 基于双重卸压效应的煤层气开发模式的研究[J]. 中国安全生产科学技术,2014,10(S1):259-264.

[5]程远平,付建华,俞启香. 中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J]. 采矿与安全工程学报,2009,26(2):127-139

1