王 楊

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

1 概述

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司位于山西長(zhǎng)治市屯留縣余吾鎮(zhèn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為7.0Mt/a，主采煤層為3#煤層，平均厚度為6.0m。經(jīng)瓦斯鑒定，余吾礦絕對(duì)瓦斯涌出量為32.67m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為12.54m3/t，屬高瓦斯礦井。

N1206運(yùn)巷位于井田北風(fēng)井西翼采區(qū)，巷道北接N1205膠順輔運(yùn)巷，南接工作面切眼（未掘），東面為N2201膠帶順槽（已掘），西面為N1206工作面。巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為950m，巷道斷面規(guī)格為寬×高=5.4×3.8m，沿3#煤層底板掘進(jìn)。巷道直接頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度為4.2m，基本頂為粗砂巖，平均厚度為11.7m，截至目前巷道已掘進(jìn)76m。

由于3#煤層堅(jiān)固系數(shù)f=0.8，屬石炭系軟巖煤層，節(jié)理發(fā)育，煤層透氣系數(shù) 0.23～2.46m2/(MPa2·d)，煤層瓦斯壓力為1.27MPa，掘進(jìn)區(qū)域煤層瓦斯含量為6.7m3/t，瓦斯抽放鉆孔流量衰減系數(shù)為0.0403～0.0417d-1。為了保證巷道掘進(jìn)施工安全，余吾煤業(yè)有限公司通過(guò)布置抽放鉆孔進(jìn)行掘進(jìn)區(qū)域瓦斯預(yù)抽。

2 N1206運(yùn)巷掘進(jìn)前期瓦斯抽放鉆孔布置分析

2.1 掘進(jìn)前期瓦斯抽放鉆孔布置

（1）N1206運(yùn)巷掘進(jìn)前期采用型號(hào)為ZD Y-3200S型液壓鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，工作面共布置兩排瓦斯抽放鉆孔，每排4個(gè)，鉆孔深度為120m，鉆孔直徑為113mm，鉆孔間距為1.2m，鉆孔排距為1.0m，第一排鉆孔距頂板間距為1.5m，上排鉆孔與頂板呈3°仰斜布置，兩幫鉆孔與巷幫呈8°夾角布置，如圖1所示。

（2）鉆孔施工完后進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽，每個(gè)鉆場(chǎng)瓦斯預(yù)抽時(shí)間不得低于30d，當(dāng)巷道掘進(jìn)至距鉆孔終孔10m位置時(shí)，立即停止掘進(jìn)并進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)鉆孔施工及瓦斯抽放。

2.2 主要存在的問(wèn)題

（1）N1206運(yùn)巷掘進(jìn)前期每個(gè)鉆場(chǎng)瓦斯抽放鉆孔施工長(zhǎng)度為120m，整條巷道需共布置8個(gè)鉆場(chǎng)，鉆孔總長(zhǎng)度達(dá)10000m，鉆孔施工工程量大，施工周期長(zhǎng)，施工費(fèi)用高。

（2）每個(gè)鉆場(chǎng)瓦斯抽放時(shí)間為30d，在瓦斯抽放期間巷道必須停止掘進(jìn)，從而大大降低了巷道掘進(jìn)速度，通過(guò)對(duì)N1206運(yùn)巷前期掘進(jìn)進(jìn)度分析發(fā)現(xiàn)，巷道掘進(jìn)76m共計(jì)用時(shí)47d，平均掘進(jìn)速度為1.62m/d。

（3）由于N1206運(yùn)巷掘進(jìn)煤層透氣系數(shù)相對(duì)較低，而且傳統(tǒng)瓦斯抽放鉆孔分布區(qū)域有限，在瓦斯抽放期間抽放效率相對(duì)較低。N1206運(yùn)巷在前期掘進(jìn)期間瓦斯抽放時(shí)通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，每個(gè)鉆場(chǎng)平均瓦斯抽放率僅為25.6%，瓦斯抽放后巷道掘進(jìn)時(shí)工作面瓦斯?jié)舛仍?.8%～1.4%之間，經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯超限斷電現(xiàn)象。

（4）由于3#煤層節(jié)理發(fā)育，傳統(tǒng)瓦斯抽放鉆孔施工時(shí)無(wú)法對(duì)節(jié)理、軟巖破碎煤層進(jìn)行避讓?zhuān)瑥亩斐摄@孔成功率低，主要表現(xiàn)在塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重。N1206運(yùn)巷在前期掘進(jìn)階段瓦斯抽放鉆孔成孔率僅為40%。

圖1 N1206運(yùn)巷掘進(jìn)前期瓦斯抽放鉆孔平、剖面圖

3 千米鉆機(jī)施工抽采鉆孔應(yīng)用分析

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司通過(guò)技術(shù)研究，為了提高掘進(jìn)巷道瓦斯抽放率，保證巷道掘進(jìn)安全，N1206運(yùn)巷在后期掘進(jìn)階段決定采用千米鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工并進(jìn)行瓦斯抽放，每個(gè)鉆場(chǎng)抽放時(shí)間為90d。

3.1 鉆場(chǎng)布置

N1206運(yùn)巷在80m處共計(jì)布置兩個(gè)瓦斯抽放鉆場(chǎng)，巷道上下幫各布置一個(gè)（1#、2#），鉆場(chǎng)規(guī)格為：長(zhǎng)×寬×高=8.0×4.0×3.5m，鉆場(chǎng)頂板及幫采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)合維護(hù)。

3.2 鉆孔布置

（1）N1206運(yùn)巷鉆場(chǎng)內(nèi)采用ZDY-6000LD（F）型千米鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔直徑為113mm，1#鉆場(chǎng)（上幫）共布置三個(gè)鉆孔（1#鉆孔、2#鉆孔、3#鉆孔），2#鉆場(chǎng)（下幫）共布置兩個(gè)鉆孔（4#鉆孔、5#鉆孔），鉆孔呈直線布置且距底板間距為1.5m，鉆孔開(kāi)口間距為1.0m，鉆孔深度為850m，如圖2所示。

圖2 余吾煤礦N1206運(yùn)巷千米鉆孔平面布置示意圖

（2）1#鉆孔控制N1206運(yùn)巷上幫15m，2#鉆孔控制上幫10m，3#鉆孔控制上幫5m，三鉆孔控制巷道掘進(jìn)方向850m范圍，且每個(gè)鉆孔有兩個(gè)分支。其中1#孔兩分支位于巷道150m、300m處，2#鉆孔兩分支位于450m、600m處，3#鉆孔兩分支位于700m、850m處，每個(gè)分支長(zhǎng)度為150m，控制巷道長(zhǎng)度為80m。

（3）4#鉆孔控制N1206運(yùn)巷下幫10m，5#鉆孔控制下幫5m，兩鉆孔控制巷道掘進(jìn)方向850m范圍，且每個(gè)鉆孔有兩個(gè)分支。其中4#孔兩分支位于巷道200m、400m處，5#鉆孔兩分支位于600m、800m處，每個(gè)分支長(zhǎng)度為200m，控制巷道長(zhǎng)度為120m。

3.3 鉆孔封孔工藝

（1）鉆孔施工20m后對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔后孔徑為165mm，擴(kuò)孔后在孔內(nèi)安裝長(zhǎng)度為20m、直徑為105mm的PVC管，同時(shí)在孔口安裝單節(jié)長(zhǎng)度為6m、直徑為100mm的鋼管，共計(jì)安裝三節(jié)。

（2）待孔口管安裝后，利用高壓注漿泵對(duì)孔口管與煤壁之間間隙注入聚氨酯粘劑，封孔后對(duì)其進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為3.0MPa，在耐壓試驗(yàn)期間應(yīng)觀察封孔氣密性及承壓情況。

3.4 應(yīng)用效果分析

（1）提高了巷道掘進(jìn)效率。N1206運(yùn)巷采用ZDY-6000LD（F）型千米鉆機(jī)鉆孔進(jìn)行瓦斯預(yù)抽后，在3個(gè)月內(nèi)巷道共掘進(jìn)705m，日進(jìn)度達(dá)7.8m，同時(shí)整個(gè)巷道只需施工兩個(gè)鉆場(chǎng)即可，解決了巷道“抽采掘”銜接緊張的難題。

（2）提高鉆孔成孔率。千米鉆機(jī)施工的鉆孔可進(jìn)行拐彎，從而提高了鉆孔成孔率，通過(guò)對(duì)N1206運(yùn)巷后期施工的千米鉆孔觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，鉆孔未發(fā)現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，成孔率達(dá)90%以上。

（3）提高了煤層瓦斯抽放效率。采用千米鉆機(jī)可在每個(gè)鉆孔進(jìn)行多個(gè)分支鉆孔施工，大大提高了瓦斯抽放效率；通過(guò)對(duì)N1206運(yùn)巷后期瓦斯抽放檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，千米鉆孔瓦斯抽放濃度、流量衰減慢，鉆孔抽放3個(gè)月后孔內(nèi)瓦斯?jié)舛热栽?.2%以上，瓦斯抽放率達(dá)57%以上，巷道在后期掘進(jìn)過(guò)程中工作面瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.5%以下，未發(fā)生一起瓦斯超限現(xiàn)象。

（4）降低了成本費(fèi)用。N1206運(yùn)巷采用千米鉆機(jī)施工鉆孔總長(zhǎng)度為4800m，與傳統(tǒng)鉆孔相比，鉆孔施工長(zhǎng)度縮短一半，成本費(fèi)用可節(jié)約25萬(wàn)元。

4 結(jié) 語(yǔ)

潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限公司通過(guò)技術(shù)研究，改進(jìn)鉆孔施工及布置方式，對(duì)N1206運(yùn)巷掘進(jìn)期間采用型號(hào)為ZDY-6000LD（F）千米鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，并進(jìn)行瓦斯預(yù)抽，實(shí)踐證明，采用千米鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，有效提高鉆孔成孔率及瓦斯抽放效率，加快了巷道掘進(jìn)速度，降低了掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛?，保證了巷道掘進(jìn)施工安全，取得了顯著成效。