王洪盤 閆本正 陶云奇 陳頂峰

(1.河南能源化工集團(tuán)研究院有限公司，河南省鄭州市，450046；2.河南省低滲突出煤層煤與瓦斯共采工程技術(shù)研究中心，河南省鄭州市，450046)

抽采孔修復(fù)增透技術(shù)在石門揭煤中的應(yīng)用

王洪盤1,2閆本正1,2陶云奇1,2陳頂峰1,2

(1.河南能源化工集團(tuán)研究院有限公司，河南省鄭州市，450046；2.河南省低滲突出煤層煤與瓦斯共采工程技術(shù)研究中心，河南省鄭州市，450046)

針對(duì)演馬莊礦石門揭煤存在突出危險(xiǎn)性大、技術(shù)工藝復(fù)雜的問題，采用抽采鉆孔修復(fù)增透技術(shù)，對(duì)石門揭煤區(qū)域設(shè)計(jì)的抽采鉆孔進(jìn)行水力沖孔修復(fù)，提高了鉆孔的抽采效果，實(shí)現(xiàn)了石門揭煤區(qū)域儲(chǔ)層的快速消突，大大提高了高突煤層石門揭煤的速度，較好地解決了煤礦井下采掘作業(yè)接替緊張的現(xiàn)狀。

石門揭煤 突出危險(xiǎn)性 鉆孔修復(fù)增透技術(shù) 抽采效果

我國煤炭資源的開采方式主要為井工開采，由于煤層賦存條件復(fù)雜，且大部分為單一煤層，開采過程中易受到水、瓦斯、煤塵、火等災(zāi)害的威脅。在煤礦井下災(zāi)害中，由瓦斯引發(fā)的安全事故尤其嚴(yán)重。石門揭煤造成瓦斯突出作為一種常見的瓦斯事故，其特點(diǎn)是石門或者井巷工作面潛伏的煤體由于隔離巖柱在爆破揭煤時(shí)的突然破壞，使煤層的應(yīng)力狀態(tài)或者瓦斯賦存狀態(tài)發(fā)生突變，在兩者共同的作用下，大量的煤、瓦斯向巷道運(yùn)移，造成井巷工作面內(nèi)的人員財(cái)產(chǎn)損失。石門揭煤在煤與瓦斯突出礦井中，由于其技術(shù)工藝復(fù)雜，防突工作難度大，礦井需要投入大量的人力和物力，執(zhí)行的石門揭煤措施時(shí)間長，造成礦井生產(chǎn)接替極其緊張。

本文通過在河南能源焦作煤業(yè)演馬莊礦的石門揭煤試驗(yàn)，形成了利用瓦斯抽采孔修復(fù)增透技術(shù)進(jìn)行石門揭煤的措施，對(duì)類似條件的高突礦井的石門揭煤提供一套可借鑒的技術(shù)工藝。

1 抽采孔修復(fù)增透技術(shù)

1.1 抽采孔修復(fù)增透設(shè)備

抽采孔水力修復(fù)作業(yè)機(jī)的構(gòu)成包括作業(yè)機(jī)主機(jī)、高壓鋼管輸送裝置、高壓水泵站、水箱。作業(yè)機(jī)的工作原理是將一條柔性可纏繞高壓鋼管纏繞作業(yè)機(jī)主機(jī)的滾筒上，根據(jù)不同的煤體類型選用合適的噴頭，將高壓水噴頭安裝到鋼管的頂端，使高壓水通過鋼管傳送至頭部噴頭上，產(chǎn)生高壓水射流，對(duì)鉆孔煤孔段進(jìn)行沖孔，連續(xù)油管和鉆孔直徑形成的環(huán)空作為煤巖粉排渣通道，對(duì)鉆孔進(jìn)行修復(fù)增透。抽采孔水力作業(yè)機(jī)可通過調(diào)節(jié)泵的壓力、流量以及更改噴頭組合類型提高鉆孔修復(fù)增透效果。

1.2 抽采孔修復(fù)增透流程

(1)根據(jù)瓦斯抽采孔的位置放置作業(yè)機(jī)，調(diào)整作業(yè)機(jī)高低和作業(yè)機(jī)角度，使輸管器正對(duì)作業(yè)孔。手動(dòng)操作方向流量控制閥啟動(dòng)輸管器，使噴嘴進(jìn)入作業(yè)孔至適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

(2)檢查現(xiàn)場，確定無影響正常作業(yè)的物品，人員全部撤至安全地帶。操作人員到遠(yuǎn)程控制操縱臺(tái)。

(3)啟動(dòng)高壓注水泵站，調(diào)整水路壓力和流量，開始向作業(yè)孔噴射高壓水，根據(jù)視頻觀察到的情況確定送管速度，進(jìn)行疏孔作業(yè)。

(4)操縱方向流量控制閥，回拉操縱桿，開始收管，根據(jù)作業(yè)工藝確定高壓水壓力流量。不需要時(shí)可關(guān)閉注水泵電源。

(5)收管結(jié)束，操縱方向流量控制閥至中位，關(guān)閉油泵電源。

2 石門揭穿煤層作業(yè)區(qū)域概況及實(shí)施流程

試驗(yàn)區(qū)位于演馬莊礦二七下山石門揭煤區(qū)域，二七下山采區(qū)東至第十一勘探線即井田邊界，南至井田邊界，西至馬坊泉斷層(F07、F137)，北至馬坊泉斷層(F204)。二七下山采區(qū)走向長度為1210 m，傾向長度為1270 m，面積1415700 m2，煤儲(chǔ)層的可采儲(chǔ)量為1169.25萬t，采區(qū)內(nèi)煤層賦存變化較小，煤層平均厚度為7.03 m。二七下山采區(qū)為雙翼采區(qū)，共設(shè)計(jì)3條下山，其中下山軌道巷和下山膠帶巷位于煤層頂板，下山回風(fēng)巷位于煤層底板。

2.1 煤層賦存及瓦斯情況

二七下山底板回風(fēng)巷位于二七下山采區(qū)，標(biāo)高-376.4～-237.9 m，煤層平均厚度5.2 m，煤層傾角為7°～10°，實(shí)測該區(qū)域的瓦斯含量為17.1 m3/t，吸附常數(shù)a為48.7805 m3/t，b為0.842 MPa-1，水分為1.62%，灰分為12.02%，揮發(fā)分為7.43%，堅(jiān)固性系數(shù)為0.35。依據(jù)二七下山采區(qū)瓦斯地質(zhì)情況，該區(qū)域所揭二1煤層屬突出煤層，揭煤作業(yè)過程中必須采取有效的防突出措施。

2.2 揭煤實(shí)施流程

本次揭煤采用六步石門揭煤法自二七下山底板回風(fēng)巷揭開二1煤層，具體揭煤流程如下：

(1)當(dāng)二七下山底板回風(fēng)巷掘進(jìn)至距煤層法向距離10 m時(shí)，在二七下山膠帶巷向揭煤區(qū)域煤層施工6個(gè)穿過煤層全厚的超前探測鉆孔，在10 m巖柱以外提前探明煤層位置、產(chǎn)狀和測定揭煤地點(diǎn)瓦斯參數(shù)。

(2)在二七下山底板回風(fēng)巷掘進(jìn)至距離煤儲(chǔ)層的法向距離7 m前施工穿層鉆孔抽采揭煤區(qū)域煤儲(chǔ)層賦存的瓦斯，并進(jìn)行效果檢驗(yàn)，直到有效。

(3)在二七下山底板回風(fēng)巷掘至距煤層最小法向距離5 m時(shí)，實(shí)施區(qū)域驗(yàn)證。根據(jù)效果檢驗(yàn)的結(jié)果采取不同措施，若區(qū)域驗(yàn)證具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，則在實(shí)施局部防突措施后，再次進(jìn)行效果檢驗(yàn)，直至證明措施有效為止；如果區(qū)域驗(yàn)證結(jié)果不具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性或在實(shí)施局部防突措施并且經(jīng)過驗(yàn)證為有效時(shí)，采取邊探邊掘作業(yè)，一直到實(shí)施遠(yuǎn)距離爆破作業(yè)至距煤層最小法向距離2 m。

(4)在距煤層最小法向距離2 m時(shí)，經(jīng)效果檢驗(yàn)指標(biāo)不超后，平行于煤層頂板沿傾向做導(dǎo)硐，導(dǎo)硐做好后沿巷道上部輪廓線施工19個(gè)煤體固化鉆孔及沿巷道底部施工5個(gè)金屬骨架孔，插入金屬骨架并進(jìn)行煤體加固，導(dǎo)硐挖底前再次進(jìn)行工作面措施效果檢驗(yàn)，若檢驗(yàn)結(jié)果具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，則需要實(shí)施局部防突措施，直到措施有效。

(5)導(dǎo)硐挖底0.5 m，需再次進(jìn)行效果檢驗(yàn)，在檢驗(yàn)結(jié)果具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)時(shí)實(shí)施局部防突措施，直至局部措施有效。如果沒有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，則需要在有安全防護(hù)措施的情況下采用遠(yuǎn)距離爆破作業(yè)來揭穿二七下山回風(fēng)巷煤層。

(6)二七下山回風(fēng)巷揭開煤儲(chǔ)層至進(jìn)入煤儲(chǔ)層底板2 m巖柱都為過煤門階段，需嚴(yán)格執(zhí)行遠(yuǎn)距離爆破的安全措施，直至進(jìn)入煤儲(chǔ)層底板的距離超過2 m以后，揭煤作業(yè)結(jié)束。揭煤流程圖見圖1。

3 抽采孔修復(fù)增透技術(shù)的應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場應(yīng)用情況

依據(jù)揭煤設(shè)計(jì)及實(shí)施流程，自二七下山膠帶巷施工穿層鉆孔，抽采揭煤區(qū)域賦存的瓦斯，以達(dá)到煤儲(chǔ)層消突的目的。采用抽采鉆孔水力修復(fù)作業(yè)機(jī)對(duì)穿層鉆孔實(shí)施修復(fù)增透作業(yè)，以使該區(qū)域快速消突。實(shí)施期間，瓦斯抽采鉆孔的單孔沖出煤量約2 t；沖孔期間個(gè)別孔噴孔嚴(yán)重，二七下山膠帶巷回風(fēng)中的瓦斯?jié)舛茸罡邽?.5%。通過對(duì)工藝孔進(jìn)行水力修復(fù)作業(yè)，穿層鉆孔的瓦斯抽采濃度和流量都有了顯著的提升。

圖1 二七下山底板回風(fēng)巷揭煤流程圖

3.2 應(yīng)用效果分析

通過對(duì)巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛鹊臋z測及鉆孔單孔、孔組的抽采參數(shù)的檢測，分析該技術(shù)的應(yīng)用效果。

(1)對(duì)二七下山膠帶巷穿層鉆孔修復(fù)增透前，通過地面監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測巷道回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛仍?.1%～0.2%之間，沖孔期間巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍?.25%～0.45%之間, 修復(fù)期間巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測曲線如圖2所示。表明修復(fù)期間，由于高壓水和瓦斯動(dòng)力的作用，鉆孔沖出大量煤與瓦斯，對(duì)水力沖孔鉆孔及其周邊鉆孔起到卸壓增透的效果，隨著瓦斯的噴出，也釋放了瓦斯動(dòng)力，降低了瓦斯壓力。

圖2 修復(fù)期間巷道回風(fēng)流瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測曲線

(2)通過對(duì)膠帶巷穿層鉆孔的水力沖孔修復(fù)，大量的煤體和瓦斯隨水排出，在鉆孔內(nèi)形成一個(gè)較大直徑的孔洞，使得在一定區(qū)域內(nèi)煤體卸壓，工藝孔的單孔抽采量大大增加。水力修復(fù)前后鉆孔流量及日抽采量對(duì)比如圖3所示。

圖3 水力修復(fù)前后鉆孔流量及日抽采量對(duì)比圖

(3)工藝孔水力沖孔修復(fù)后，沖出大量的煤，對(duì)工藝孔周邊鉆孔起到卸壓增透的作用，大大提高了工藝孔周邊鉆孔的瓦斯抽采量，通過對(duì)測點(diǎn)引流管觀測數(shù)據(jù)考查，修復(fù)后抽采量呈上升趨勢。水力修復(fù)前后鉆孔抽采量對(duì)比情況如圖4所示。

圖4 水力修復(fù)前后鉆孔抽采量對(duì)比圖

4 結(jié)論

通過采用抽采鉆孔修復(fù)作業(yè)機(jī)，對(duì)石門揭煤區(qū)域的瓦斯抽采鉆孔進(jìn)行水力修復(fù)增透作業(yè)，提高了鉆孔的抽采效果，實(shí)現(xiàn)了石門揭煤區(qū)域儲(chǔ)層的快速消突，大大提高了高突煤層石門揭煤的速度，能較好地解決煤礦井下采掘作業(yè)接替緊張的現(xiàn)狀，也為有類似難題的礦井提供了一種有效的技術(shù)方案，在安全生產(chǎn)、節(jié)約成本等方面均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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Applicationoftechnologyofrepairingpermeabilitybypumpingholeincross-holecoalmining

Wang Hongpan1,2, Yan Benzheng1,2, Tao Yunqi1,2, Chen Dingfeng1,2

(1. Henan Energy and Chemical Industry Group Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450046, China; 2. Henan Coal and Gas Co-mining Engineering Technology Research Center of Low Permeability Outburst Coal Seam, Zhengzhou, Henan 450046, China)

Aiming at the high outburst risk and complex technical procedure of cross-hole coal mining at Yanmazhuang Mine, through the use of drainage drilling technology to increase permeability, hydraulic flushing borehole repairing was used for designed water pumping coal area of cross-hole, the drilling pumping effect was enhanced, rapid outburst removing of cross-hole was achieving, which greatly improved the uncovering speed of cross-hole of high outburst coal seams, the present situation of mining operation replacing tension in coal mines could also be solved better.

cross-hole coal mining, outburst risk, technology of repairing permeability by pumping hole, drainage effect

TD713.3

A

河南省創(chuàng)新型科技人才隊(duì)伍建設(shè)工程(164100510024)

王洪盤，閆本正，陶云奇等. 抽采孔修復(fù)增透技術(shù)在石門揭煤中的應(yīng)用[J].中國煤炭，2017,43(11)：97-100，119.

Wang Hongpan, Yan Benzheng, Tao Yunqi, et al. Application of technology of repairing permeability by pumping hole in cross-hole coal mining [J]. China Coal, 2017，43(11):97-100，119.

王洪盤(1986-)，男，河南開封人，工程師，碩士，從事礦井瓦斯防治、煤礦安全高效開采的研究。

(責(zé)任編輯 張艷華)