摘要：在低透氣性突出煤層煤巷掘進(jìn)工作面，瓦斯超限、掘進(jìn)速度緩慢、掘進(jìn)成本高及煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性隨時(shí)都可能發(fā)生。為了解決這一系列問(wèn)題，本文結(jié)合松軟低透氣性煤層問(wèn)題背景，從打鉆的角度，結(jié)合變孔徑掏穴卸壓技術(shù)進(jìn)行了低透氣性突出煤層強(qiáng)化增透的技術(shù)研究。研究表明：應(yīng)用變孔徑的鉆孔卸壓增透技術(shù)，通過(guò)對(duì)已施工好的下向穿層鉆孔實(shí)施掏穴擴(kuò)孔后，實(shí)際鉆進(jìn)出煤量相應(yīng)增加，鉆孔的卸壓影響范圍增大，鉆孔周圍的煤體變形和透氣性增大，抽采瓦斯效果顯著提高，值得在低透氣性高瓦斯突出煤層消突實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：增透 卸壓 突出煤層

一、問(wèn)題背景

近年來(lái)，煤炭開(kāi)采深度逐漸加大。對(duì)于地應(yīng)力大、瓦斯壓力大、瓦斯含量高、透氣性差的深部煤層，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性較大；為防止煤與瓦斯突出，揭煤前，必須首先采取瓦斯抽放、瓦斯排放等措施來(lái)消突。但對(duì)于透氣性差的突出煤層，單純進(jìn)行瓦斯抽放，效果差，抽放時(shí)間長(zhǎng)，增加揭煤工期和費(fèi)用。

用鉆孔抽放煤層瓦斯是目前國(guó)內(nèi)常用而有效的方法，具有施工速度快，鉆場(chǎng)布置機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，但由于鉆孔直徑小，孔壁產(chǎn)生的裂隙小，抽放效果不如巷道抽放好。通過(guò)加大鉆孔的直徑和數(shù)量，提高孔口抽放負(fù)壓，可以彌補(bǔ)后者的不足，但必須有一整套適合我國(guó)煤礦鉆孔抽放瓦斯的裝備，才能達(dá)到理想的抽放效果。

影響煤的透氣性的因素有：

（1）煤的孔隙結(jié)構(gòu)。瓦斯在煤中的流動(dòng)狀態(tài)取決于煤的空隙直徑，直徑在0.1～1微米的中孔，構(gòu)成瓦斯緩慢層流滲透區(qū)；直徑1～100微米的大孔，構(gòu)成速度較快的層流滲透區(qū)；直徑0.01厘米至更大的肉眼可見(jiàn)的孔隙和裂隙，構(gòu)成層流與紊流的混合滲透區(qū)，這類孔隙在煤的總孔隙中占的比重越大，則其滲透性能越好。

（2）煤的裂隙。地質(zhì)構(gòu)造的變動(dòng)或采掘時(shí)的影響，煤層的原生構(gòu)造遭到破壞而生成新的裂隙和斷裂，致使煤的滲透性增大。

（3）地應(yīng)力。煤承受載荷時(shí)滲透性能降低，這是由于煤的裂隙和孔隙縮小和閉合所致；卸除載荷時(shí)則相反。煤層采掘時(shí)，由于集中應(yīng)力的影響，煤體壓縮變形，孔隙率降低，影響瓦斯?jié)B透；反之，因卸壓作用，孔隙和裂隙張開(kāi)擴(kuò)大，煤體伸張變形，同時(shí)還將生成新的裂隙，滲透率就會(huì)增大，利于瓦斯?jié)B透。

（4）煤的水分。煤被水濕潤(rùn)后，由于水分占據(jù)了煤的孔隙，滲透率降低，阻礙瓦斯流動(dòng)，滲透率降低的程度與煤的水分大小有關(guān)。

二、穿層鉆孔煤層段變孔徑掏穴卸壓增透強(qiáng)化抽采瓦斯技術(shù)

消突效果主要取決于預(yù)抽瓦斯效果，透氣性越高，預(yù)抽瓦斯效果越好。穿層鉆孔施工后在煤體中形成空洞，鉆孔周圍煤體在地應(yīng)力的作用下發(fā)生位移，產(chǎn)生裂隙，促使煤體卸壓，局部透氣性提高。鉆孔出煤量可以直觀地反映煤體卸壓程度，出煤量越大，影響范圍越大，卸壓效果越好。

煤層段鉆孔掏穴施工工藝：

（1）更換鉆頭。鉆孔均采用壓風(fēng)排渣鉆進(jìn)（移動(dòng)空壓機(jī)供風(fēng)，風(fēng)壓為1～1.2MPa）。先使用€%O133mm 鉆頭穿過(guò)煤層進(jìn)入底板0. 5m，準(zhǔn)確記錄見(jiàn)止煤位置； 起鉆在孔外更換擴(kuò)孔鉆頭，并確保擴(kuò)孔鉆頭在壓風(fēng)作用下能正常打開(kāi)。

（2）擴(kuò)孔鉆進(jìn)。施工前，待壓風(fēng)全部打開(kāi)，孔口瓦斯?jié)舛取?. 5%時(shí)，方可開(kāi)始旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工。開(kāi)始擴(kuò)孔鉆進(jìn)前，先把擴(kuò)孔鉆頭不帶風(fēng)送入孔內(nèi)見(jiàn)煤處100mm 以上，然后緩慢開(kāi)啟壓力風(fēng)，鉆桿只旋轉(zhuǎn)不給進(jìn)，待擴(kuò)孔鉆頭雙翼完全打開(kāi)后，方可正常擴(kuò)孔鉆進(jìn)。擴(kuò)孔期間，應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，確保煤屑充分排至孔外，每擴(kuò)孔鉆進(jìn)1～2m，必須用瓦斯便攜儀檢查孔口風(fēng)排瓦斯?jié)舛?；擴(kuò)孔鉆頭鉆至煤層位置時(shí)，保持孔內(nèi)壓風(fēng)，待孔內(nèi)煤屑排凈后方可撤鉆。

（3）撤鉆。撤鉆前，先停止旋轉(zhuǎn)，關(guān)閉壓風(fēng)，待雙翼鉆頭復(fù)位后，方可緩慢撤鉆。

在不同直徑鉆頭穿煤期間，記錄煤孔長(zhǎng)度，統(tǒng)計(jì)掏出煤量，計(jì)算每米掏出煤量（煤密度按1.4€？03 kg/m3 計(jì)算） ，通過(guò)比較掏出煤量大小判定掏煤效果。在煤層中施工穿層鉆孔，施工前煤體受壓，鉆孔鉆進(jìn)后，實(shí)際出煤量比鉆孔理論出煤量大；擴(kuò)孔后，鉆孔出煤量顯著增加，如鉆孔C和鉆孔D，分別增加了2.43倍和1.35倍； 由于煤的不均質(zhì)性，在煤體相對(duì)松軟區(qū)域，鉆孔出煤量大大增加，如鉆孔D和鉆孔A相比，€%O133mm 鉆孔D 實(shí)際出煤量是鉆孔A 的5.31倍，而€%O220mm 鉆孔D實(shí)際出煤量是鉆孔A 的3. 98倍，即隨著鉆孔直徑的增加，鉆孔出煤量增大的倍數(shù)呈降低趨勢(shì)，鉆孔卸壓的均勻性相對(duì)要好。因此，實(shí)施擴(kuò)孔掏穴后，掏穴鉆孔對(duì)周圍煤體的擾動(dòng)增加，鉆孔周圍煤體的變形增大，透氣性提高，卸壓更加充分，有利于提高鉆孔預(yù)抽瓦斯的消突效果。

隨著鉆孔直徑的增加，鉆孔出煤量增大的倍數(shù)呈降低趨勢(shì)，也就是說(shuō)鉆孔孔徑并不是越大約好，為便于比較，將擴(kuò)孔后的出煤量折算為平均孔徑。試驗(yàn)期間共考察了6 個(gè)€%O113mm 鉆孔、10 個(gè)€%O133mm 鉆孔和12 個(gè)€%O220mm 掏穴鉆孔的排出煤量。顧北礦6-2煤具體條件，當(dāng)孔徑由113mm 提高到133mm 時(shí)，隨著鉆孔孔徑的增加，成孔后折算的平均孔徑對(duì)比施工孔徑由1.42 倍增大到1.76 倍；當(dāng)孔徑由133mm提高到220mm時(shí)，成孔后鉆孔的平均孔徑對(duì)比施工孔徑由1. 76 倍降為1.46倍。表明： 當(dāng)鉆孔直徑較小時(shí)，提高孔徑對(duì)鉆孔周圍卸壓范圍的增大較為明顯，當(dāng)鉆孔直徑增大到一定時(shí)，鉆孔周圍卸壓范圍增大的趨勢(shì)將趨于緩和。因此，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)鉆孔施工難度、成本和速度等綜合因素合理優(yōu)化確定擴(kuò)孔孔徑。

（作者單位：義煤集團(tuán)孟津煤礦有限責(zé)任公司）