摘要：針對(duì)穿層掩護(hù)鉆孔及石門揭煤鉆孔快速消突問題，提高預(yù)抽效果，縮短預(yù)抽時(shí)間。在潘一礦西一采區(qū)-530～-630m軌道斜巷上部車場試驗(yàn)了掏穴鉆頭煤層段擴(kuò)孔快速消突技術(shù)。試驗(yàn)通過對(duì)瓦斯壓力、瓦斯抽采兩個(gè)指標(biāo)的綜合分析考察，最終確定掏穴鉆孔施工的有效影響半徑可以達(dá)到5m，抽采半徑3m以上。

關(guān)鍵詞：掏穴鉆頭；煤層段；擴(kuò)孔快速消突技術(shù)；瓦斯壓力；瓦斯抽采 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD713 文章編號(hào)：1009-2374（2015）33-0147-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.079

為了解決穿層掩護(hù)鉆孔及石門揭煤鉆孔快速消突問題，提高預(yù)抽效果，縮短預(yù)抽時(shí)間，在潘一礦西一采區(qū)-530～-630m軌道斜巷上部車場試驗(yàn)了掏穴鉆頭煤層段擴(kuò)孔快速消突技術(shù)。該技術(shù)使鉆孔煤層段孔徑由原來的∮133mm擴(kuò)大為∮260mm，增大了鉆孔煤層暴露面和鉆孔卸壓范圍，增加了單孔抽采半徑。下面對(duì)該技術(shù)的試驗(yàn)過程及初步取得的效果進(jìn)行了分析總結(jié)。

1 試驗(yàn)區(qū)工作面概況

1.1 試驗(yàn)巷道簡介

-530～-630m西一軌道斜巷位于潘一礦西一采區(qū)，是潘一礦二水平延伸主要運(yùn)輸提升巷道，該巷道自西一運(yùn)輸石門開窩，沿310°方位施工，其中上平巷183m，標(biāo)高為-526m，施工上平巷段過程中曾揭13-1煤層，該區(qū)段13-1煤層標(biāo)高為-522～-530m。

1.2 試驗(yàn)巷道瓦斯地質(zhì)情況

1.2.1 該區(qū)段巷道所掘主要巖性為：試驗(yàn)巷道頂板距13-1煤底板法距5～7m，13-1煤底板主要巖性為中砂巖、泥巖及12煤。

1.2.2 區(qū)段地質(zhì)構(gòu)造：該區(qū)段煤巖層產(chǎn)狀為232°～236°∠6°～7°。

自西一運(yùn)輸石門開窩點(diǎn)向前33m，巷道揭露13-1煤。

1.3 試驗(yàn)巷道瓦斯情況

該區(qū)段13-1煤層厚度5.0～5.5m，原始瓦斯含量9～11m3/t，瓦斯壓力1.3MPa，自燃發(fā)火期3～6個(gè)月，煤塵爆炸指數(shù)37%～40%。

由于該段巷道于2004年4月已安全揭穿13-1煤層，當(dāng)時(shí)共施工64個(gè)揭煤措施鉆孔，鉆孔控制到巷道周邊輪廓線外10m。根據(jù)此次打鉆取樣化驗(yàn)分析，經(jīng)計(jì)算得出目前該處13-1煤層瓦斯含量為2.8m3/t。

2 施工鉆孔所需設(shè)備

鉆機(jī)：ZDY-3200S型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)，屬于低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩類型，適于采用復(fù)合片鉆頭施工大直徑鉆孔，主要用于煤礦井下施工近水平長距離瓦斯抽放鉆孔，也可用于地面和坑道近水平工程鉆孔的施工，因此在該處施工時(shí)我們選用ZDY-3200S型鉆機(jī)。

3 掏穴鉆孔設(shè)計(jì)及施工

3.1 掏穴工藝試驗(yàn)鉆孔設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場狀況，本次試驗(yàn)共分三個(gè)階段：

第一階段：在巷道左幫沿250°方位線，分別選取傾角為10°、15°、20°范圍、孔深為30～40m范圍鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)。

第二階段：在巷道左幫沿250°方位線，分別選取傾角為50°、40°、30°、25°范圍、孔深為20～30m范圍鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)。

第三階段：在巷道左幫沿250°方位線，分別選取傾角為5°、0°范圍、孔深為50～60m范圍鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)。

通過以上三個(gè)階段對(duì)不同傾角、不同角度范圍的鉆孔進(jìn)行掏穴鉆頭擴(kuò)孔試驗(yàn)，以試驗(yàn)出不同角度鉆孔施工時(shí)，側(cè)翼鉆頭孔內(nèi)打開情況及擴(kuò)孔效果如何，在施工工藝及設(shè)計(jì)上有哪些難點(diǎn)，并使以上傾角鉆孔的施工工藝更加成熟。以上傾角鉆孔使用單翼掏穴鉆頭均試驗(yàn)成功。

3.2 掏穴鉆孔實(shí)際施工

從8月9日早班開始至24日夜班，我們?cè)谖饕?530～630m軌道下山上部車場共施工了31個(gè)掏穴鉆孔，全部施工成功。由此可以得出結(jié)論，單翼掏穴鉆孔適用于傾角≥0°、孔深60m以內(nèi)范圍的鉆孔。

4 掏穴鉆孔施工工藝及注意事項(xiàng)

第一，鉆孔鉆進(jìn)期間必須做到先開壓力風(fēng)（水）后鉆進(jìn)，先停壓力風(fēng)（水）后撤鉆。

第二，先使用∮133mm孔徑鉆頭，按照設(shè)計(jì)要求施工至過13-1煤，見頂0.5m左右。

第三，鉆進(jìn)時(shí)要輕壓慢鉆（鉆速控制在50～92r/min之間），控制給進(jìn)壓力（給進(jìn)壓力控制在5MPa左右），保證鉆孔平直，鉆機(jī)工作業(yè)期間要經(jīng)常觀察風(fēng)表、油表壓力變化情況。認(rèn)真準(zhǔn)確記錄鉆孔見煤巖情況，判清鉆孔過煤段層位。排盡孔內(nèi)煤巖粉后方可撤鉆。

第四，使用掏穴鉆頭（∮260mm孔徑）擴(kuò)孔實(shí)驗(yàn)前，先在孔外安裝上掏穴鉆頭實(shí)驗(yàn)壓力風(fēng)（水）壓力狀況，確定是否能正常打開鉆頭側(cè)翼。待確認(rèn)正常后方可下入孔內(nèi)。觀察并記錄壓力風(fēng)（水）壓力變化情況。

第五，開始擴(kuò)孔鉆進(jìn)前，先把掏穴鉆頭不帶風(fēng)（水）送入孔內(nèi)見煤段100mm以上，然后緩慢開啟壓力風(fēng)（水），鉆桿只旋轉(zhuǎn)不給進(jìn)，待掏穴鉆頭側(cè)翼完全打開后，方可正常擴(kuò)孔鉆進(jìn)。鉆進(jìn)時(shí)要輕壓慢鉆，控制給進(jìn)壓力，確保鉆孔擴(kuò)孔段施工質(zhì)量（給進(jìn)壓力控制在0～6MPa之間）。

第六，旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工前人員使用瓦斯便攜儀測(cè)量掌握孔口風(fēng)排瓦斯?jié)舛茸兓闆r，待壓風(fēng)全部打開，孔口瓦斯?jié)舛取?.5%時(shí)，方可開始旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)施工。每擴(kuò)孔鉆進(jìn)1～2m，都必須用瓦斯便攜儀檢查孔口風(fēng)排瓦斯?jié)舛取?/p>

第七，掏穴鉆孔施工期間詳細(xì)記錄每個(gè)鉆孔掏孔前后掏出煤量，用編織袋或礦車度量。

第八，待過煤段施工完畢后，擴(kuò)孔鉆頭不給進(jìn)，保持旋轉(zhuǎn)2分鐘以上，待把孔內(nèi)煤渣排盡，確?？變?nèi)無遺煤后，先停止旋轉(zhuǎn)，再停止風(fēng)（水）供給，待側(cè)翼鉆頭復(fù)位后，方可緩慢撤鉆。

5 掏穴鉆孔效果考察

5.1 考察方案

本次試驗(yàn)主要考察以下方面：掏出的總煤量、掏穴排放瓦斯量及考察掏穴有效影響半徑?？疾旆椒ú捎猛咚箟毫Φ淖兓屯咚钩椴闪康淖兓M(jìn)行考察。endprint

此次共設(shè)計(jì)2組考察孔，每組3個(gè)孔，瓦斯壓力考察孔距掏穴孔距離分別為5m、8m；瓦斯抽采考察孔距掏穴孔距離分別為3m、5m。

5.1.1 壓力考察孔（抽采考察孔）。

5.1.2 壓力考察孔施工：（1）先用Ф133mm鉆頭鉆進(jìn)5m深后，沖凈孔內(nèi)巖粉，退出鉆桿，下Ф108mm孔口管5m?？卓诠芟氯肟變?nèi)后及時(shí)用木楔進(jìn)行固定，將木楔用錘砸實(shí)，保證足夠的摩擦力，同時(shí)用鐵絲將孔口管與巷道內(nèi)金屬網(wǎng)或錨索聯(lián)在一起，防止孔口管下竄傷人；（2）將2m長的Ф20mm的注漿管下入孔內(nèi)，外露200mm，然后用注漿泵向孔內(nèi)注水泥漿（水∶水泥∶速凝劑=1∶0.75∶0.1），待漿液注滿為止；（3）待漿液凝固24h后，用Ф75mm鉆頭經(jīng)定位后正常鉆進(jìn)，鉆進(jìn)到距煤層1m時(shí)立即停鉆并撤鉆，然后進(jìn)行注水泥漿（水∶水泥∶速凝劑=1∶0.75∶0.1）封堵巖層裂隙，注漿終壓穩(wěn)定在12MPa后停止注漿；（4）待水泥漿凝固16小時(shí)，用Ф75mm鉆頭掃孔鉆進(jìn)，并穿過煤層見巖0.5m左右撤鉆，退出鉆桿，即可進(jìn)行煤層瓦斯壓力測(cè)定。

5.1.3 抽采考察孔施工：（1）使用∮113mm孔徑鉆頭，按照設(shè)計(jì)要求施工至過煤，見巖0.5m左右撤鉆，立即封孔并合茬抽采；（2）抽采考察孔封孔要求：鉆孔下2寸抗靜電塑料管8m，同時(shí)在孔壁與套管之間插入一根Ф20mm的注漿管，塑料管下入孔內(nèi)后及時(shí)用木楔進(jìn)行固定，將木楔用錘砸實(shí)，保證足夠的摩擦力，同時(shí)用鐵絲將塑料管與巷道內(nèi)金屬網(wǎng)或錨索聯(lián)在一起，防止巖芯管下竄傷人。封孔材料為水泥漿（水灰比為1∶0.75），封孔時(shí)將注漿管用高壓軟管與注漿泵連接。下封孔管和封孔過程中人員不得正對(duì)孔口進(jìn)行操作。

5.1.4 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為考察掏穴鉆孔工藝在礦井煤層消突方面的效果，確?？疾炱陂g瓦斯抽采數(shù)據(jù)的真實(shí)性、連續(xù)性，在西翼軌道斜巷上部車場建立一套防突在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息化管理。

5.2 本次試驗(yàn)效果考察

5.2.1 考察掏出總煤量的大小。詳細(xì)記錄每個(gè)鉆孔掏孔前后掏出煤量，用編織袋或礦車裝累計(jì)計(jì)算掏出煤量。

5.2.2 考察掏孔排放瓦斯量。每次掏孔前、后分別對(duì)鉆后瓦斯傳感器進(jìn)行考察，后又結(jié)合鉆孔穿煤期間的打鉆探頭瓦斯報(bào)表，根據(jù)通風(fēng)區(qū)測(cè)量該巷道風(fēng)量，對(duì)比計(jì)算掏出的瓦斯量。

5.2.3 掏穴鉆孔有效影響半徑考察。考察方法采用瓦斯抽采量的變化和瓦斯壓力的變化進(jìn)行考察。

此次共設(shè)計(jì)2組考察孔，每組3個(gè)孔，選擇K1、K2號(hào)孔作為掏穴鉆孔有效影響半徑試驗(yàn)被試驗(yàn)孔，考察孔為Y1、Y2、C1、C2（“Y”代表測(cè)壓，“C”代表抽采）。

第一，利用瓦斯壓力考察。

施工順序：施工考察孔（孔號(hào)：Y1、Y2）→封孔測(cè)壓→在線觀測(cè)壓力→壓力穩(wěn)定→施工掏穴孔（孔號(hào)：K1）→觀測(cè)掏穴后考察孔（孔號(hào)：Y1、Y2）壓力變化情況。

在施工考察孔（孔號(hào)：Y1、Y2）時(shí)，由防突人員分別取11-2煤層的煤樣一份，煤樣重量不少于3.5kg，煤樣取好后及時(shí)送集團(tuán)公司通風(fēng)實(shí)驗(yàn)室做全面分析化驗(yàn)。

經(jīng)考察，實(shí)測(cè)瓦斯壓力為0.33MPa，在距瓦斯壓力孔5m位置的掏穴孔施工后，瓦斯壓力降為0.02MPa，即此次掏穴試驗(yàn)鉆孔的有效影響半徑可以達(dá)到5m。

第二，利用鉆孔流量法考察。

施工順序：施工考察孔（孔號(hào)：C1、C2）→封孔并安裝孔板→施工掏穴鉆孔（孔號(hào)：K2）→掏穴前瓦斯流量→掏穴中瓦斯流量→掏穴后瓦斯流量。

鉆孔流量考察：采用2寸孔板流量計(jì)對(duì)C1、C2抽采考察孔抽采負(fù)壓、濃度、壓差等參數(shù)在掏穴孔施工前后每2h測(cè)量一次，抽采考察孔抽采參數(shù)變化情況考察。

通過考察發(fā)現(xiàn)，C1抽采考察孔（與掏穴孔平距5m）在掏穴孔施工前后，抽采濃度、壓差沒有明顯變化；C2抽采考察孔（與掏穴孔平距3m）在掏穴孔施工后抽采濃度由23%增加到了46%，增加了1倍，抽采混合量由0.15m3/min增加到0.21m3/min，增加到原來的1.4倍，掏穴孔施工8h后，抽采純量上升到原來的2倍，掏穴孔施工24h后，抽采純量上升到原來的3倍。

C1考察孔距掏穴孔5m，C2考察孔距掏穴孔3m。由以上考察數(shù)據(jù)可得，即此次掏穴試驗(yàn)鉆孔的有效影響半徑可以達(dá)到5m，抽采半徑3m以上。

6 初步結(jié)論

第一，掏穴鉆孔在傾角≥0°、孔深60m以內(nèi)范圍的施工工藝已比較成熟，關(guān)鍵在鉆孔保直上還需完善。

第二，通過對(duì)瓦斯壓力、瓦斯抽采兩個(gè)指標(biāo)的綜合分析考察，最終確定掏穴鉆孔施工的有效影響半徑可以達(dá)到5m，抽采半徑3m以上。

7 下步打算

第一，孔深在60m以上的掏穴鉆孔，進(jìn)一步完善巖石段鉆孔的保直工藝。長鉆孔的快速保直施工，是決定掏穴鉆頭能否順利進(jìn)入孔內(nèi)煤段的主要因素，也是決定施工進(jìn)度的瓶頸問題。

第二，繼續(xù)試驗(yàn)下向鉆孔的擴(kuò)孔工藝，在所有施工頭面進(jìn)行推廣。

第三，繼續(xù)試驗(yàn)不施工導(dǎo)向鉆孔、直接進(jìn)行擴(kuò)孔的工藝，并通過鉆孔測(cè)斜來對(duì)鉆孔進(jìn)行校正。

第四，掏穴鉆頭二次煤層段擴(kuò)孔施工，如何處理孔內(nèi)積聚瓦斯，避免鉆孔瓦斯事故發(fā)生，是影響鉆孔安全施工的重要因素。

作者簡介：邰兵（1975-），男，山東棗莊人，淮南礦業(yè)集團(tuán)地質(zhì)勘探工程處潘一東項(xiàng)目部副經(jīng)理，助理工程師，研究方向：煤礦瓦斯治理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint