朱起超

（山西晉煤集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 引言

高瓦斯、高地應力和沖擊地壓問題，已成為制約高瓦斯礦井生產(chǎn)銜接的主要問題。由于該類煤層較軟，當施工至軟煤時，鉆孔返渣量大，泥漿泵壓力增大，極易出現(xiàn)卡鉆、吸鉆甚至瓦斯噴出現(xiàn)象。目前井下主要采取的措施是底抽巷施工穿層鉆孔對軟分層進行掏煤，但目前效果不明顯，在工作面防突檢測中仍然存在鉆屑量超標，對礦井安全高效采掘造成很大影響?；谏鲜鰡栴}，提出了采用軟分層水力掏煤作為保護層開采的一種替代技術，實現(xiàn)區(qū)域消突和瓦斯預抽達標。

2 現(xiàn)場概況

岳城礦為沁秀公司下屬高瓦斯礦井。礦井配風量合理，能夠滿足安全生產(chǎn)需要。現(xiàn)階段開采的1309工作面位于井田東部邊界，采用“兩進一回”通風，其中13091巷、13093巷為進風巷，13092巷為回風巷，底抽巷位于13092巷以東350m。其工作面位置如圖1。

圖1 1309工作面巷道位置圖

現(xiàn)開采的3#煤層平均透氣性系數(shù)為16.383m2/（MPa2·d），鉆孔平均瓦斯流量衰減系數(shù)為0.031d-1，瓦斯抽采影響半徑為3.0～3.5m，排放半徑測定為0.7m。回采期間在采空區(qū)施工高位鉆孔并埋管抽放，效果不甚理想，鉆屑量指標仍然超標，因此迫切需要開展水力掏煤工藝及參數(shù)改進，滿足采掘銜接要求。

3 參數(shù)測定

3.1 掏煤半徑

首個試驗鉆孔進行突出煤層軟分層掏軟煤后，通過考察與突出煤層軟分層掏軟煤鉆孔不同距離的鉆孔瓦斯流量和水分的變化，確定不同條件下突出煤層軟分層射流掏煤的有效掏煤半徑。選擇在掏軟煤鉆孔一側間距1m、2m、3m、4m和5m設計掏軟煤半徑測定鉆孔。在掏軟煤鉆孔施工前預先施工檢測鉆孔，并封孔連入抽放管路，檢測在掏軟煤鉆孔施工前后周邊鉆孔瓦斯流量和瓦斯?jié)舛燃八肿兓闆r，掏軟煤半徑介于檢驗孔出水量變化且瓦斯流量急劇變化與檢驗孔出水量不變且小幅變化這兩個檢驗孔的間距之間。

3.2 掏煤厚度

完成試驗區(qū)突出煤層軟分層掏軟煤后，根據(jù)各孔采出的煤量，計算各個鉆孔掏軟煤半徑及平均射流掏煤厚度，確定突出煤層軟分層掏軟煤的半徑和影響半徑，最終確定合理掏軟煤鉆孔間距。

4 研究方案

4.1 設備選配

對水力掏軟煤系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和防超限裝置等試驗設施進行安裝和調試，其系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 水力掏煤系統(tǒng)圖

相關設備基本參數(shù)如表1所示。

表1 掏煤設備表

計劃在1309底抽巷沿巷道0～120m范圍內掏煤作業(yè)， 掏煤影響半徑3～6m，掏煤壓力0～30MPa。

4.2 掏煤參數(shù)

4.2.1 水射流掏煤層位

岳城煤礦軟煤硬度系數(shù)在0.1～0.5之間，水射流掏煤層位布置在軟煤區(qū)域。根據(jù)岳城礦地質資料，1309底抽巷存在較穩(wěn)定的軟分層，厚度0.2～0.6m。

4.2.2 水力射流參數(shù)

軟分層水射流掏煤半徑主要受煤體硬度系數(shù)、射流壓力、射流流量及時間控制，其中煤體硬度系數(shù)和射流流量較為關鍵。當設計水射流掏煤半徑、厚度、煤體硬度增大時，水射流水量、壓力隨之增大，時間增加。

水射流參數(shù)設計包括水射流流量、壓力和時間等參數(shù)，應根據(jù)設計水射流掏煤半徑、厚度和煤體硬度來設計。水射流設計參數(shù)值僅為第一個水射流掏煤鉆孔初次掏煤提供參考，其他鉆孔水射流掏煤的具體參數(shù)應根據(jù)實際掏煤情況進行調整。綜上得出軟分層水射流參數(shù)初步設計如表1所示。

表2 突出煤層軟分層水射流掏煤初步設計參數(shù)

4.3 掏煤設備

4.3.1 鉆桿噴嘴

突出煤層軟分層水力掏煤鉆桿采用插接式高壓密封鉆桿，采用高壓密封圈連接鉆桿，密封壓力大于50MPa。為了準確定位鉆桿和噴嘴在突出煤層軟分層水力掏煤時的相對位置，預先在地面對鉆桿和噴嘴的相對位置進行測試和標刻。

4.3.2 鉆孔布置

在底抽巷試驗區(qū)域施工穿層鉆孔，井下高壓水泵最大供水壓力去掉供水管路阻力之后的有效壓力大于25MPa。根據(jù)突出煤層軟分層水力掏軟煤噴嘴設計參數(shù)、射流壓力、軟分層硬度和水射流參考經(jīng)驗數(shù)據(jù)，單孔理論水力射流半徑在3.0～4.0m之間。在底抽巷試驗區(qū)域設計首個水力掏軟煤試驗鉆孔，孔徑94mm，傾角60°，與巷道軸線方位角90°。在水力掏軟煤鉆孔間距1m、2m、3m、4m、5m設計水射流掏煤半徑測定鉆孔，具體的鉆孔參數(shù)可依據(jù)現(xiàn)場試驗測定數(shù)據(jù)進行確定。

5 現(xiàn)場驗證

在1309底抽巷沿巷道120m范圍內進行掏煤作業(yè)，射流壓力為28MPa，射流流量為180L/min，共計施工鉆孔552個，出煤量247t。原百孔抽采量為0.94m3/min，鉆孔平均壓力為1.17MPa，單位瓦斯含量為5.72m3/t。實行水力掏煤后，百孔抽采量增加到2.01m3/min，抽采量提高了113.8%，鉆孔平均壓力降為0.32MPa，降低了72.6%，單位瓦斯含量降為3.26m3/t，降低了43%。說明水力掏煤能夠大幅度降低鉆孔平均壓力，從根源上消除頂鉆、卡鉆現(xiàn)象，同時有效提高區(qū)域抽采效果，滿足采掘銜接要求。

6 結論

在1309底抽巷實行水力掏煤，百孔抽采量提高了113.8%，鉆孔平均壓力降低了72.6%，單位瓦斯含量降低了43%。說明水力掏煤能夠大幅度降低鉆孔平均壓力，從根本上起到區(qū)域防突、抽采提效的良好作用。