“兩堵一注”封孔配套下篩管工藝抽采技術(shù)研究

王建彬

(山西晉煤集團(tuán) 沁水胡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城048214)

1 主輔運迎頭鉆孔施工地點瓦斯地質(zhì)條件

胡底礦井為煤與瓦斯突出礦井，主采3#煤層，屬不易自燃煤層，煤塵無爆炸危險性［3］。主輔運迎頭揭煤位置處在背斜一翼，主運迎頭剛過DF 主運1 H=2 m∠80°斷層，標(biāo)高+187 m，輔運迎頭預(yù)計5 m 揭露DF 主運1 斷層，標(biāo)高+179 m，如圖1所示。主輔運迎頭揭煤區(qū)域?qū)崪y原始瓦斯含量最大為17 m3/t，3#煤層透氣性系數(shù)為13.03 -21.30 m2/(MPa2·d)，3#煤層堅固性系數(shù)f 值為0.65 -0.77。

圖1 胡底礦井

2 主輔運迎頭鉆孔對比分析

2.1 主輔運迎頭鉆孔抽采效果分析

表1 主運迎頭鉆孔抽采效果分析

表2 輔運迎頭鉆孔抽采效果分析

類型 施工時間 總孔數(shù) 總進(jìn)尺 成孔數(shù) 成孔進(jìn)尺 成孔煤孔進(jìn)尺 成孔率 煤孔進(jìn)尺率 百米鉆孔流量普通鉆孔 10.21～11.27 107 6 208 98 5 198 1757 91.5% 28.3%—下篩管孔 10.21～11.27 27 1 657 27 1 657 478 100% 28.8%—134 7 865 125 6 588 2 235 93.28% 28.4% 0.098合計 —

從鉆孔工程量來看，根據(jù)主輔運揭煤鉆孔布置圖可知，其鉆孔掩護(hù)范圍比值關(guān)系為4 ∶5，由于主輔運迎頭均位于3#煤層底板法距7m 外，具有可比性。對比分析可知:單位抽采范圍內(nèi)主運布置鉆孔總進(jìn)尺比值為78765 ÷4:20497.5 ÷5 =1:2.08，即主運每掩護(hù)1 m2煤層所需的鉆孔量是輔運的2 倍。

從鉆孔抽采效果來看，輔運迎頭煤孔百米鉆孔流量為0.098 m3/(min·hm)，主運迎頭面米鉆孔流量為0. 035 m3/(min·hm)，即輔運迎頭百米鉆孔流量是主運迎頭百米鉆孔流量的2.8 倍。

2.2 影響主運鉆孔抽采效果的原因

主運鉆孔抽采效果不好的原因有以下幾方面:一是原始瓦斯含量大，鉆孔內(nèi)易突出。二是鉆孔設(shè)計過密，易穿孔。三是鉆孔布置點剛過斷層，且受爆破破巖工藝影響，巖體破碎，易塌孔。四是鉆孔聚氨脂封孔工藝不合理，長度不足。

3 主要采取的措施

3.1 提高開孔段巖層整體強(qiáng)度

為提高開孔段巖層整體性和強(qiáng)度，提高抽采效果，主要采取了以下措施。一是鉆孔布置面按3 000 mm×3 000 mm 間距布置73 000 mm 的錨索，噴漿100 mm，強(qiáng)度C20，巷道支護(hù)方面確保開孔段巖層穩(wěn)定;二是鉆孔布置面預(yù)注漿，采用風(fēng)動注漿泵注水泥砂漿，水灰比0.8 -1，注漿壓力約為0.4 MPa，提高封孔段巖層氣密性，單孔水泥注漿50 kg 左右。

3.2 優(yōu)化鉆孔設(shè)計，減少穿孔

為解決鉆孔穿孔現(xiàn)象過多的問題，主要采取了以下措施:一是增大鉆孔開孔間距，由原先300 mm 左右鉆孔間距增大至500 mm 間距以上。二是合理組織鉆孔施工順序，在設(shè)計中明確鉆孔施工順序，現(xiàn)場標(biāo)定開孔點，有序施工，減少穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 試用篩管新工藝，防止孔內(nèi)塌孔，提高抽采效果

3.3.1 篩管施工工藝

鉆孔成孔后，全孔下入帶有篩眼的抗靜電阻燃聚氯乙烯管(以下簡稱PVC 管)，作為護(hù)壁管和瓦斯抽采通道，既解決了塌孔問題，又不影響瓦斯逸出。其工藝流程為:使用φ94 可脫芯鉆頭+φ73/63.5 mm 大通孔鉆進(jìn)至設(shè)計孔深，此時下入帶有懸掛裝置的PVC 管并將鉆頭鎖芯頂開，PVC 管及懸掛裝置通過鉆頭，連接于PVC 管上的懸掛裝置打開，并牢固地卡于孔壁上，提出鉆桿而PVC 護(hù)壁管留在孔內(nèi)。

下PVC 管護(hù)壁技術(shù)可分為兩大部分:①將PVC 管下至鉆頭處，頂開鉆頭鎖芯并穿過。②連接在PVC 管上的孔底懸掛打開并固定在孔壁上。

3.3.2 下篩管鉆孔抽采效果分析

輔運迎頭共試驗下篩管鉆孔27 個，總進(jìn)尺1 657 m，煤孔進(jìn)尺478m，煤孔率28.8%。試驗過程中，部分鉆孔出現(xiàn)穿孔或封孔質(zhì)量問題導(dǎo)致鉆孔濃度與抽氣量較低，對比數(shù)據(jù)選取4 個(3#、7#、17#、25#)有代表性鉆孔進(jìn)行分析。

3#鉆孔:傾角28°，方位角90°，1 -22 m 矸-32 m 煤-46 m矸。衰減系數(shù)為0.020 4 d-1。

7#鉆孔:傾角14°，方位角90°，1 -24 m 矸-37.5 m 煤-50 m矸。衰減系數(shù)為0.036 d-1。

17#鉆孔:傾角-1°，方位角90°，1 -48 m 矸-65 m 煤-71 m 矸。衰減系數(shù)為0.014 7 d-1。

25#鉆孔:傾角2°，方位角90°，1 -24 m 矸-54 m 煤-63 m矸。衰減系數(shù)為0.033 6 d-1。

與沈陽煤科院測定鉆孔瓦斯衰減系數(shù)0.034 d-1對比分析，7#、25#鉆孔達(dá)到了最好抽采效果;而3#、17#孔則較差。

3.4 改變封孔工藝，提高抽采效果

聚氯脂封孔具有方便、快捷、易操作等特點，但存在封孔距離短、遇水易收縮漏氣等問題。為提高抽采效果，采用“兩堵一注”封孔工藝。其主要優(yōu)點為:一是提高了鉆孔封孔長度，達(dá)到了5 m;二是提高了鉆孔封孔段巖體氣密性，高壓注漿有利于孔口巖層裂隙的注漿封堵，且不受水的影響。

4 結(jié)語

在采取優(yōu)化鉆孔設(shè)計，減小穿孔;提高開孔段巖體強(qiáng)度，試用篩管新工藝，防止孔內(nèi)塌孔，推廣使用“兩堵一注”封孔法后，能有效提高上行穿層鉆孔的瓦斯抽采效果和減少鉆孔工程量。但兩者在提高抽采效果所占的比重?zé)o法計算。

5 存在的問題及建議

5.1 存在的問題

孔口漏氣現(xiàn)象仍較普遍。主要原因有兩方面:一是注漿質(zhì)量將爆破裂隙充分注實，5 m 封孔段以里仍有裂隙導(dǎo)通;二是封孔質(zhì)量不合格，有竄漿現(xiàn)象。在提高孔口負(fù)壓至13 kPa 的情況下，濃度全部下降至10%以下。篩管尾部與DN50PVC 封孔管重疊段無封堵措施，篩管僅能起到護(hù)孔作用，無法保證負(fù)壓作用于有孔段。在鉆孔施工初期，原始瓦斯壓力尚未釋放前，鉆孔投抽后塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重，篩管能起到護(hù)孔作用;但在原始壓力釋放后，鉆孔投抽后基本不塌孔，下篩管浪費材料，投入高。

5.2 建議

進(jìn)一步提高封孔段巖體整體性，繼續(xù)推廣使用表皮注漿配合深孔注漿的工藝，徹底解決巖體漏氣問題。增大封孔長度至8～10 m 以上，確保鉆孔在高負(fù)壓下抽采。根據(jù)瓦斯地質(zhì)條件變化情況和鉆孔施工順序，選擇性地使用篩管。

［1］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 防治煤與瓦斯突出規(guī)定［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2009.

［2］ 俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

［3］ 田富超.寺河礦西井區(qū)3 號煤層瓦斯突出預(yù)測指標(biāo)研究［D］. 焦作:河南理工大學(xué)，2010.

［4］ 郭昆明，肖麗輝，馮大鈞，等. 新型瓦斯抽采鉆孔設(shè)備及下放篩管技術(shù)研究［J］.煤炭工程，2014(1):50 -53.

［5］ 肖麗輝，李彥明，郭昆明，等.松軟突出煤層全孔段下放篩管瓦斯抽采技術(shù)研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2014(7):61-64.