文/羅虎 王強(qiáng)

煤與瓦斯突出礦井煤巷掘進(jìn)工作面在煤層底板施工巖巷，并施工穿層鉆孔對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行條帶消突，往往存在抽采時(shí)間長(zhǎng)、抽采不徹底等現(xiàn)象，造成掘進(jìn)進(jìn)尺上不去，制約生產(chǎn)。

高壓水射流鉆擴(kuò)一體化擴(kuò)孔是一種提高鉆孔瓦斯抽采效率的技術(shù)。通過在穿層鉆孔內(nèi)利用高壓水射流沖擊煤體，沖出若干直徑較大的空洞，沖孔過程中排出大量的瓦斯和一定數(shù)量的煤炭，造成鉆孔兩幫和前方煤體充分卸壓，提高煤層瓦斯?jié)B透率，大幅度釋放瓦斯，在煤體中形成一定的卸壓區(qū)域，從而破壞煤體原應(yīng)力平衡狀態(tài)，孔洞周圍煤體向孔洞方向發(fā)生大幅度位移，促使應(yīng)力狀態(tài)重新分布，集中應(yīng)力帶前移，有效應(yīng)力降低，為突出煤層掘進(jìn)工作面快速掘進(jìn)提供了有利條件。

一、高壓水射流擴(kuò)孔增透技術(shù)及穿層鉆孔工作面概況

1.高壓水射流擴(kuò)孔增透技術(shù)

高壓水射流切縫技術(shù)是利用高壓水流通過半徑為0.7～0.8mm的噴射孔，其水流速度可達(dá)到3個(gè)馬赫，利用足夠大的沖擊力沖擊巖石煤體，對(duì)其產(chǎn)生物理破壞從而達(dá)到切割巖石的作用。高壓水射流破巖機(jī)理是，射流沖擊所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于巖石抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石會(huì)發(fā)生破壞形成微小裂縫，水流侵入新生裂縫后會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展延伸。這樣在高壓水射流作用下所形成的裂縫，極大地提高了煤層的通透性、瓦斯的抽放效率和掘進(jìn)速度，從而做到抽、掘、采平衡。

高壓水射流擴(kuò)孔增透技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：一是可使高壓液體能量只作用于一個(gè)點(diǎn)或極小面積上，破巖效率高；二是工作時(shí)不存在裝備磨損，避免產(chǎn)生火花；三是高壓水流沖擊巖石后會(huì)產(chǎn)生水霧，可有效地減少空氣中細(xì)小顆粒的含量。

2.穿層鉆孔工作面概況

912風(fēng)巷位于東翼一水平采區(qū)，下方為一采區(qū)9煤底抽巷，距離 912風(fēng)巷法距為 18～43m，912風(fēng)巷掘進(jìn)期間采用底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤層條帶區(qū)域綜合防突措施，鉆孔控制到巷道兩幫輪廓線外15m，根據(jù)重慶煤科院對(duì)一采區(qū)9煤抽采半徑考察報(bào)告，該區(qū)域9煤31、60、90天原始抽采半徑分別為2.4、2.6、2.7m， 鉆孔終孔點(diǎn)間距按5.4*5.4布置。

二、低透氣性松軟突出煤層常規(guī)抽采所存在的問題

9煤層堅(jiān)固性系數(shù)為0.16，透氣性系數(shù)為0.0429，屬于松軟低透氣性煤層，風(fēng)巷在掘進(jìn)期間采用底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤層條帶區(qū)域綜合防突措施，因9煤層透氣性差，預(yù)抽煤層瓦斯必然不均衡，造成掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)局部盲點(diǎn)，防突管理及瓦斯治理問題嚴(yán)重制約掘進(jìn)工作面的進(jìn)尺，在遇到瓦斯異常區(qū)時(shí)，需要停頭在底抽巷補(bǔ)充施工穿層鉆孔繼續(xù)預(yù)抽或在迎頭采取排放鉆孔等措施，平均進(jìn)尺量?jī)H有90m/月。

三、高壓水射流擴(kuò)孔增透技術(shù)的具體應(yīng)用

鑒于以上情況，為了避免抽采不均衡，消除掘進(jìn)區(qū)域瓦斯治理盲點(diǎn)，在底抽巷使用高壓水射流擴(kuò)孔增透技術(shù)。

1.鉆孔設(shè)計(jì)

在底抽巷施工6個(gè)穿層鉆孔，鉆孔見煤點(diǎn)網(wǎng)格為10m×10m，鉆孔孔徑為 Φ108mm，方位角 125.2°～217.5°，傾角 59.1°～80.6°，孔深 36.6～45.2m。

2.工藝流程

高壓水射流擴(kuò)孔用于對(duì)已施工的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔，因此，擴(kuò)孔操作須在鉆孔打鉆完成之后進(jìn)行。高壓水射流擴(kuò)孔的工藝過程包括：

（1）先用SGZ-ⅢA鉆機(jī)按鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)施工至9煤層頂板0.5m，拔出鉆桿后，將鉆擴(kuò)一體化中心鉆頭及連接的高壓水鉆桿送入孔內(nèi)，并通過連接一定數(shù)量的高壓水鉆桿使其送入要求的深度。

（2）鉆桿的尾部采用高壓旋轉(zhuǎn)水尾與高壓管、高壓水泵相連（見下圖），設(shè)定高壓水泵初始擴(kuò)孔壓力為12MPa，然后開動(dòng)水泵，高壓水通過高壓管、高壓水鉆桿到鉆擴(kuò)一體化中心鉆頭，噴嘴在旋轉(zhuǎn)的高壓鉆桿驅(qū)動(dòng)下對(duì)鉆孔的孔壁進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切割，此時(shí)，可用人工或鉆機(jī)沿鉆孔軸向以適當(dāng)?shù)乃俣纫苿?dòng)高壓水鉆桿開始擴(kuò)孔作業(yè)，擴(kuò)孔過程中，鉆桿鉆進(jìn)速度不大于（0.05m/min），同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)鉆機(jī)周圍20m范圍內(nèi)瓦斯涌出情況，當(dāng)鉆孔具有噴孔威脅時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低鉆進(jìn)速度（0.02～0.03m/min）。

高壓水射流鉆擴(kuò)一體化擴(kuò)孔工藝示意圖

（3）當(dāng)鉆桿移動(dòng)一定長(zhǎng)度后，可暫停供水，增加或卸掉一根或幾根鉆桿，然后繼續(xù)進(jìn)行擴(kuò)孔。直到擴(kuò)孔段的長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，關(guān)掉高壓水，拔出高壓鉆桿和鉆擴(kuò)一體化中心鉆頭。

（4）擴(kuò)孔過程中，收集沖出的煤渣量，并做好記錄。

（5）重復(fù)以上擴(kuò)孔步驟，對(duì)其他鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔。

四、應(yīng)用效果分析

1.從瓦斯抽采流量分析

未采用高壓水射流卸壓增透工藝的考察鉆孔單孔初始瓦斯抽采量為50.74m3/d，合管抽采31天單孔累計(jì)瓦斯抽采量644.4m3；采用高壓水射流卸壓增透工藝的考察鉆孔單孔初始瓦斯抽采量為178.74m3/d，合管抽采31天單孔累計(jì)瓦斯抽采量1938.4m3。由此可見，單孔初始瓦斯抽采量同比增加2.52倍，合管抽采31天單孔累計(jì)瓦斯抽采量同比增加2倍，采用高壓水射流鉆擴(kuò)一體化擴(kuò)孔增透工藝使鉆擴(kuò)瓦斯抽采量大幅提升。

2.從瓦斯抽采半徑分析

一采區(qū)9煤層底板穿層鉆孔31、60、90天原始抽采半徑分別為2.4、2.6、2.8m，鉆孔抽采90天后接近極限抽采量，極限抽采半徑為2.7m；底抽巷穿層鉆孔采用高壓水射流卸壓增透工藝擴(kuò)孔后，31、60、90天瓦斯抽采半徑分別為4.3、4.5、4.5m，鉆孔抽采60天后接近極限抽采量，極限抽采半徑為4.5m。

五、總結(jié)

高壓水射流鉆擴(kuò)一體化工藝技術(shù)使9煤層抽采半徑同比增加67%～72%，鉆場(chǎng)穿層鉆孔工程量降低25%，擴(kuò)孔后鉆孔只需抽采60天即可達(dá)到極限4.5m抽采半徑，比擴(kuò)孔前抽采時(shí)間縮短30%，工作面掘進(jìn)進(jìn)尺量由原來的平均90m/月提高到150m/月。