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空壓機中風壓排渣。礦井系統(tǒng)風壓低(一般在0．4～0．5MPa)，風量不穩(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)，進入孔底的中風壓經(jīng)鉆桿內(nèi)孔、鉆頭，在孔內(nèi)形成高速風流，鉆屑懸浮在風流中被高速風流吹向孔口，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