余加正

（國投河南新能開發(fā)有限公司，河南 鄭州 451100）

單一低透氣性松軟突出煤層人工強(qiáng)化卸壓增透瓦斯治理技術(shù)

余加正

（國投河南新能開發(fā)有限公司，河南 鄭州 451100）

單一高瓦斯煤層的開采往往伴隨著大量瓦斯涌出，嚴(yán)重威脅到礦井安全生產(chǎn)。本文分析王行莊煤礦采用的水力射流措施，使鉆孔內(nèi)煤體在水力射流的作用下可控的從鉆孔排出，擴(kuò)大單個鉆孔的有效影響半徑，利用煤體的流變作用，連通各鉆孔，在煤層內(nèi)部形成保護(hù)層，轉(zhuǎn)移區(qū)域煤層地應(yīng)力，同時進(jìn)一步擴(kuò)大卸壓區(qū)域，達(dá)到整體卸壓增透。

水力射流；割縫；提效

國投河南新能開發(fā)有限公司王行莊煤礦主采煤層為單一高瓦斯低透氣性松軟煤層，煤層f值為0.12～0.2之間，煤層瓦斯含量較高，透氣性較差，瓦斯抽采效果不理想。煤體多以粉狀為主，屬于典型的高瓦斯、低透氣性煤層?，F(xiàn)提出建立單一高瓦斯低透氣性煤層人工強(qiáng)化卸壓增透瓦斯治理技術(shù)。通過水力射流，使鉆孔內(nèi)煤體在水力射流的作用下可控的從鉆孔排出，擴(kuò)大單個鉆孔的有效影響半徑。利用煤體的流變作用，連通各鉆孔，在煤層內(nèi)部形成保護(hù)層，轉(zhuǎn)移煤層地應(yīng)力，進(jìn)一步擴(kuò)大卸壓區(qū)域，達(dá)到整體卸壓增透，更大范圍的提高煤體透氣性，提高瓦斯抽采效果。目前，工作面增透卸壓措施主要有：深孔注水、水力沖孔、深孔松動爆破、水力割縫等。

一、技術(shù)方案

（一）王行莊煤礦基本參數(shù)測定。

為了對水力射流技術(shù)進(jìn)行充分考察，設(shè)計(jì)在11091底抽巷布置鉆孔，測定煤層瓦斯壓力、取樣測定原始煤層瓦斯含量，原始煤層透氣性系數(shù)及工業(yè)分析；測定透氣性系數(shù)鉆孔完成后，繼續(xù)測定煤層瓦斯壓力等參數(shù)。水力射流完成預(yù)抽一定周期后，繼續(xù)測定該處煤層透氣性系數(shù)，煤層瓦斯含量等參數(shù)。作為措施實(shí)施前后效果對比指標(biāo)。同時在底抽巷內(nèi)選取一列穿層鉆孔實(shí)施水力沖孔措施，沖孔后進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽采，抽采效果與水力射流鉆孔進(jìn)行對比分析。

（二）水力射流鉆孔設(shè)計(jì)。

在11091底抽巷施工穿層割縫鉆孔，每列布置7個鉆孔，列間距為5m，鉆孔直徑94mm，排間距0.4m，其中中間一個鉆孔布置在煤層巷道中部。

（三）割縫鉆孔施工流程。

1.現(xiàn)場施工時，先利用巖石鉆頭進(jìn)行巖石段的鉆孔打鉆至煤層頂板，退出鉆桿換上水力割縫鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)到煤層頂板位置后退鉆水力割縫。2.當(dāng)執(zhí)行水力割縫措施時，采用進(jìn)鉆割縫方案。每一根鉆桿割縫時間為20min左右，根據(jù)現(xiàn)場情況，壓力保持在10-15MPa之間。3.在升高壓力對煤體割縫之前，應(yīng)保證鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)，以防止割縫產(chǎn)生的大量煤粉堵塞鉆孔而造成抱鉆。4.每割縫完成一根鉆桿后，應(yīng)先調(diào)節(jié)安全控制器將管路壓力降到0MPa，并關(guān)閉進(jìn)水辮管路上的球閥，確保管路中沒有水流過，才能進(jìn)行拆卸鉆桿作業(yè)。嚴(yán)禁管路中有高壓水時進(jìn)行鉆桿拆卸作業(yè)，嚴(yán)禁管路沒有連接好之前給管路升壓。5.每次水力割縫時，在鉆進(jìn)鉆桿時，要保證鉆桿清洗一遍，保證鉆桿內(nèi)部沒有顆粒狀的煤體，防止堵塞噴嘴。6.每列7個鉆孔全部割縫結(jié)束后，再逐個注漿封孔。

（四）水力沖孔流程。

1.穿層鉆孔施工到設(shè)計(jì)深度后，使用正常鉆進(jìn)鉆頭加大壓力到10MPa，對煤孔段進(jìn)行沖孔，對沖出煤量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。2.水力沖孔在退鉆桿過程中進(jìn)行，每根鉆桿沖孔20min。3.所設(shè)計(jì)水力沖孔鉆孔全部沖孔完畢后，注漿封孔。

二、“兩堵一注”封孔技術(shù)

（一）封孔原理。

抽放瓦斯用注漿式（水泥漿）封孔器的注漿管與注漿泵連通，漿液因注漿壓力進(jìn)入注漿管，由于單向閥的作用漿液進(jìn)入囊袋1及囊袋2，囊袋迅速膨脹，將囊袋的外徑緊固在煤層孔壁上，將封孔器兩端的孔封閉；當(dāng)壓力大于1.6MPa時，爆破閥爆破，漿液將兩個囊袋中間的部分充滿，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多層密封，通過瓦斯抽放管連接抽放瓦斯。

（二）封孔。

割縫鉆孔所有工序全部完成后，準(zhǔn)備封孔注漿液，使用“兩堵一注”封孔器注漿封孔，封孔深度10m。

（三）聯(lián)網(wǎng)抽采。

割縫鉆孔封孔后，因使用新型注漿膨脹材料，注漿3h后便可聯(lián)網(wǎng)抽采。

三、水力割縫效果

通過對11091底抽巷穿層鉆孔實(shí)施“水力割縫”人工卸壓增透技術(shù)后，現(xiàn)場觀測一定周期，并對比觀測割縫抽采孔與水力沖孔抽采鉆孔瓦斯流量和濃度，得到如下結(jié)論：

（一）割縫孔的瓦斯抽采流量高于未割縫孔，并且割縫孔的瓦斯抽采流量先增大后衰減再增大的趨勢。這表明，煤體在進(jìn)行水射流割縫卸壓后，煤體滲透性明顯提高，有利于抽采；由于割縫作業(yè)對煤體透氣性的影響，以及割縫后煤體的流變作用，擴(kuò)大了卸壓影響范圍，在割縫考察后會出現(xiàn)抽采量的明顯提高。

（二）經(jīng)過一個月的考察時間后，割縫孔抽采最大純量為0.038m3/min，水力沖孔的最大抽采純量為0.0031m3/min。割縫孔平均抽采純量為0.0309m3/min，水力沖孔的平均抽采純量為0.0035m3/min。割縫孔正常抽采最高濃度為55.8%，水力沖孔為15%。割縫孔平均濃度為35%，水力沖孔為7%。割縫孔抽采瓦斯?jié)舛仁撬_孔的2.3倍，割縫孔抽采瓦斯流量是水力沖孔的8.8倍。這表明割縫后，煤體滲透性提高，卸壓影響范圍增大，瓦斯源更加充足，更多的瓦斯解析涌出，抽采濃度變大。

（三）割縫孔的抽采濃度明顯大于水力沖孔，并且割縫孔的濃度比較穩(wěn)定。對比割縫鉆孔，出煤量越大，瓦斯抽采濃度越大，并維持在45%左右，水力沖孔濃度維持在7%，且濃度波動比較明顯，說明人工強(qiáng)化卸壓增透技術(shù)有效的擴(kuò)大了煤體的卸壓區(qū)域，提高了煤體中瓦斯的滲流，形成較穩(wěn)定的卸壓區(qū)域。

（四）通過統(tǒng)計(jì)、計(jì)算割縫鉆孔割出煤量，對割縫鉆孔煤體擾動范圍的對比分析，割縫抽采鉆孔與水力沖孔相比，直接擾動煤體半徑提高26倍左右，直接擾動煤體體積提高160倍左右，煤體暴露表面積增大10倍左右，水力割縫鉆孔有效影響半徑在5～7m之間，相對于水力沖孔瓦斯抽采影響半徑提高了10倍左右，孔內(nèi)割縫措施具有擴(kuò)大抽采單孔有效影響范圍，減少措施孔數(shù)目，減少工程量，提高防治瓦斯災(zāi)害工程效率等優(yōu)點(diǎn)。

（五）實(shí)施“水力割縫”人工強(qiáng)化卸壓增透技術(shù)過程中，使用水力射流鉆桿，最高水射流壓力可達(dá)到32MPa進(jìn)行回鉆桿割縫，鉆桿無漏液卸壓現(xiàn)象，保證了割縫效果。

四、結(jié)語

對于單一低透氣性松軟突出煤層，在沒有開采解放層條件下，在巖巷內(nèi)穿層鉆孔，實(shí)施“水力割縫”人工卸壓增透措施，經(jīng)過鉆孔內(nèi)部煤體坍塌，排出煤炭，瓦斯壓力釋放，地應(yīng)力重新分布，促進(jìn)鉆孔周圍形成新的裂隙，增大了鉆孔抽放半徑，提高了瓦斯抽采效果。

［1］于不凡，王佑安，煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用手冊［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2000.

［2］劉勇.高壓脈沖水射流技術(shù)在煤礦石門揭煤中的應(yīng)用［D］.重慶：重慶大學(xué)，2009.

TD82

A

1671-864X（2016）07-0167-01

余加正（1976年7月-），男，安徽省金寨市人，本科，注冊安全工程師，現(xiàn)為國投河南新能開發(fā)有限公司副總工程師。