李遠(yuǎn)知

（盤(pán)江煤電（集團(tuán)）公司土城礦，貴州 盤(pán)縣 553529）

隨著我國(guó)礦井采掘深度的不斷延伸，通過(guò)對(duì)煤層施打鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯是治理礦井瓦斯災(zāi)害的重要手段[1]。松軟煤層中施工瓦斯抽采鉆孔，存在易坍塌、瓦斯抽采效率較低的問(wèn)題[2]，且采掘活動(dòng)對(duì)煤巖體的反復(fù)擾動(dòng)，易導(dǎo)致已成形鉆孔坍塌[3]。針對(duì)上述問(wèn)題，土城礦15129工作面回風(fēng)順槽松軟煤層下篩管護(hù)孔瓦斯抽采技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，為瓦斯治理提供了新的思路和有益借鑒。

1 技術(shù)原理

松軟煤層下篩管護(hù)孔技術(shù)原理如圖1所示。具體如下：（1）待鉆孔成形后，將篩管下放至孔洞內(nèi)對(duì)鉆孔周?chē)后w形成支撐力，增強(qiáng)孔壁煤體的自穩(wěn)能力，煤體解吸的瓦斯通過(guò)篩管上的孔眼進(jìn)入篩管內(nèi)，在抽采負(fù)壓與煤體瓦斯壓力差的共同作用下，使煤體瓦斯被順利抽出孔外；（2）在鉆孔封孔段，封孔段前方用AB囊袋進(jìn)行封堵，并通過(guò)預(yù)埋注漿管向囊袋前方注漿，使?jié){液充滿整個(gè)封孔段。漿液進(jìn)入囊袋與鉆孔壁以及囊袋前方的縫隙，消除漏風(fēng)通道，提高鉆孔的封孔效果。

圖1 技術(shù)原理示意圖

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)概況

土城礦位于貴州省盤(pán)縣灑基鎮(zhèn)，為貴州盤(pán)江煤電有限責(zé)任公司所轄，礦井走向長(zhǎng)12km，傾斜長(zhǎng)2～3km，面積約為29km2,礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.4Mt/a，屬于高瓦斯礦井。土城礦15129掘進(jìn)工作面位于15采區(qū)西翼一水平12號(hào)煤層，埋深665～670m，煤層平均厚度為3.2m，平均傾角13°，堅(jiān)固性系數(shù)為2.8。直接頂為粉砂巖，厚度2.1m，堅(jiān)固性系數(shù)2.8；直接底為粉砂質(zhì)泥巖，厚度1.7m，堅(jiān)固性系數(shù)1.7。工作面走向長(zhǎng)1101m，掘進(jìn)斷面為拱形，采用全斷面一次成巷，斷面尺寸為5m×3.1m。

2.2 方案設(shè)計(jì)

（1）封孔深度確定

根據(jù)鉆屑量與煤體內(nèi)的應(yīng)力分布的關(guān)系確定鉆孔封孔深度。在與抽采鉆孔同一施工條件下，對(duì)間距為10m的5個(gè)測(cè)定鉆孔，在鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程中，每隔1m測(cè)定一次鉆屑量，總共測(cè)定12組鉆屑。結(jié)果顯示5個(gè)測(cè)試鉆孔的鉆屑量在8～11m深度出現(xiàn)了峰值，故在鉆孔深度為12m處進(jìn)行封孔最為合理。如圖2所示。

圖2 鉆屑量變化曲線

（2）鉆孔布置

在15129底抽巷共設(shè)計(jì)3組，每組3個(gè)鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)。其中1#～3#鉆孔采用鉆桿內(nèi)下篩管工藝，4#～6#鉆孔采用成孔退鉆后下篩管工藝，7#～9#鉆孔未進(jìn)行下篩管施工，設(shè)計(jì)孔深120m，間距1m。

（3）試驗(yàn)裝備與工藝流程

試驗(yàn)裝備主要由鉆機(jī)、鉆桿、鉆頭、PVC篩管、卡孔器、封孔材料組成，其施工流程為：（1）將直徑73mm、單節(jié)長(zhǎng)度為1m的高強(qiáng)度鋼質(zhì)鉆桿安裝至現(xiàn)場(chǎng)采用的ZDY系列全液壓鉆機(jī)上，待第一節(jié)鉆桿安裝完畢后將直徑為113mm的一字鉸接型內(nèi)芯可開(kāi)閉式鉆頭安裝至第一節(jié)鉆桿的前端部，而后安裝后續(xù)鉆桿，通過(guò)鉆機(jī)的動(dòng)力傳送將鉆桿向前傳遞，鉆頭在鉆桿傳送的動(dòng)力支持作用下對(duì)煤巖進(jìn)行切割破碎，實(shí)現(xiàn)鉆孔。（2）待鉆孔結(jié)束后，將具有阻燃、抗靜電的PVC護(hù)孔篩管的端頭與卡孔器連接，放入鉆桿內(nèi)下放至鉆桿頂部外，而后將鉆桿逐次卸掉，由于卡孔器的作用，篩管被穩(wěn)定的固位在鉆孔頂部。退鉆后下篩管技術(shù)無(wú)需卡孔器裝置。（3）待下篩管結(jié)束后，將下方的封孔管與下方的下篩管連接，采用聚氨酯囊袋加AB料水泥漿進(jìn)行封孔。

3 瓦斯抽采效果分析

不同工藝下篩管效果見(jiàn)表1。從表中數(shù)據(jù)可知，退鉆后的篩管下放率都在40%以下，原因?yàn)椋海?）在成孔過(guò)程中，由于煤體結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性與鉆桿自重的雙重作用，鉆孔會(huì)偏離原有設(shè)計(jì)孔位。（2）退鉆后鉆孔在失去鉆桿的支撐作用下容易失穩(wěn)，導(dǎo)致下篩管困難。鉆桿內(nèi)下篩管技術(shù)篩管下放率均在90%以上，最高可達(dá)96%，有利于實(shí)現(xiàn)全孔段護(hù)孔。

表1 鉆孔施工參數(shù)對(duì)比

圖3 鉆孔瓦斯抽采量

如圖3、圖4所示，采用鉆孔內(nèi)下篩管技術(shù)單孔瓦斯流量最高達(dá)到了0.179m3/min，較退鉆后下篩管鉆孔平均瓦斯抽采量與濃度分別提高了2.5倍和1.87倍，比未下篩管鉆孔提高了9.2倍和12.03倍。未下篩管鉆孔瓦斯抽采濃度與瓦斯抽采量最低的原因?yàn)樗绍浢簩鱼@孔孔壁周?chē)后w自穩(wěn)能力弱，易發(fā)生塌孔現(xiàn)象，堵塞鉆孔瓦斯運(yùn)移通道，致使瓦斯抽采效率低下。采用退鉆后下篩管工藝的鉆孔抽采瓦斯平均濃度為38.8%，瓦斯抽采效率介于不退鉆下篩管鉆孔與未下篩管鉆孔之間，主要是由于篩管下放率低，未能實(shí)現(xiàn)全孔段護(hù)孔，局部塌孔現(xiàn)象的存在使鉆孔瓦斯有效抽采的區(qū)域降低。

圖4 鉆孔瓦斯抽采濃度

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）采用鉆桿內(nèi)下篩管技術(shù)比退鉆后下篩管及未下篩管鉆孔平均瓦斯抽采量分別提高了2.4倍和9.5倍，平均濃度瓦斯抽采分別提高了1.6倍和3.5倍，故采用鉆桿內(nèi)下篩管技術(shù)有利于提高鉆孔瓦斯抽采效率，縮短抽采時(shí)長(zhǎng)。

（2）采用鉆桿內(nèi)下篩管技術(shù)篩管下放率高達(dá)90%以上，最高可達(dá)96%，實(shí)現(xiàn)了鉆孔全孔段護(hù)孔的目的，保證了鉆孔瓦斯抽采效率的穩(wěn)定性。