吳艷波

（潞安集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司夏店煤礦，山西 長治 046000）

慈林山夏店煤礦主采的3#煤層瓦斯堅(jiān)固性系數(shù)f 值為0.48~0.71，礦井瓦斯最大絕對(duì)涌出量為42.51m3/min，最大相對(duì)涌出量為13.99m3/t，透氣性系 數(shù)0.62276~0.77965m2MPa2?d， 百 米 鉆 孔 衰 減 瓦斯涌出強(qiáng)度0.061m3/min.hm，抽采半徑1.43m。屬于較難抽采-可以抽采煤層，3119 工作面瓦斯絕對(duì)涌出量6.5m3/min，瓦斯含量為10m3/t，瓦斯壓力為0.27MPa。礦井工作面瓦斯治理措施以順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯為主，采用順層鉆孔對(duì)回采工作面進(jìn)行預(yù)抽時(shí)，鉆孔施工量大，抽采效率低，導(dǎo)致抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間長。因此，為增加煤層透氣性，提高順層鉆孔抽采流量，快速降低煤體瓦斯含量，節(jié)約抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，夏店煤礦在抽采過程中采用了水力造穴技術(shù)。

1 水力造穴技術(shù)原理

水力造穴主要利用高壓水力射流，通過對(duì)煤層進(jìn)行擴(kuò)孔造穴，增加煤體暴露面積，給煤層內(nèi)部卸壓，為瓦斯釋放和流動(dòng)創(chuàng)造良好的條件，洞穴周圍的煤體在一定范圍內(nèi)得到較充分的卸壓，增大了煤層的透氣性。水力造穴可大大改善煤層中的瓦斯流動(dòng)狀態(tài)，為瓦斯排放創(chuàng)造有利條件，既可削弱或消除突出的動(dòng)力，起到防突作用，又提高煤層透氣性和瓦斯釋放能力，提高鉆孔抽采量。高壓水力射流技術(shù)原理是利用高低壓轉(zhuǎn)換造穴裝置內(nèi)部活塞的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)前端出水與噴頭出水。低壓水作用在活塞上，活塞不產(chǎn)生位移，水流通過該裝置從鉆頭前端流出，達(dá)到冷卻鉆頭和排渣的目的。高壓水作用在活塞上，活塞產(chǎn)生位移，前端通道被密封，水流在裝置內(nèi)部形成高壓，從射流噴頭處噴射。高壓水經(jīng)過射流噴頭后被再次加速，噴射出的高壓水流沖擊煤體，破壞煤層原有的狀態(tài)，使鉆孔周圍煤體脫落形成洞穴，煤層中儲(chǔ)存的瓦斯得以釋放并沿鉆孔排出，以達(dá)到提高瓦斯釋放效率的目的。高壓水射流沖擊破碎煤體概念模型如圖1 所示。

圖1 高壓水射流沖擊破碎煤體概念模型

2 水力造穴技術(shù)工藝

2.1 水力造穴技術(shù)設(shè)備

夏店煤礦在N101 工作面及3119 運(yùn)巷里段進(jìn)行水力造穴試驗(yàn)，水力造穴設(shè)備由1 臺(tái)ZDY4500LXY煤礦履帶式液壓鉆機(jī)、一臺(tái)高壓BQWL200/31.5-XQ200/12 清水泵站、KFS-50/11 礦用振動(dòng)篩式固液分離機(jī)、配套鉆具及其他附屬裝置等組成。

2.2 工藝流程

2.2.1 施工順序

開鉆前準(zhǔn)備→固定鉆機(jī)→鉆進(jìn)施工→水力造穴→退鉆→擴(kuò)孔→封孔并網(wǎng)→移鉆機(jī)。

2.2.2 施工方案

在3119 工作面運(yùn)巷里段預(yù)抽第一單元迎頭與第二單元迎頭分別布置兩排水力造穴鉆孔，共計(jì)9個(gè)（上排5 個(gè)，下排4 個(gè)）。鉆孔距底板1.3m、2.0m，距兩幫0.9m、1.7m，單孔深度300，造穴深度150m。上排孔每孔造穴22 個(gè)，下排孔每孔造穴21 個(gè)。N101 工作面及3119 工作面順層鉆孔布置（以3119 工作面為例）示意圖如圖2 所示，迎頭水力造穴示意圖如圖3 所示。第一個(gè)造穴孔距孔底3m，造穴長度1m，造穴間距5m，距孔口20m 位置停止造穴。夏店煤礦水力造穴鉆孔施工完成情況統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

3 效果分析

3.1 迎頭水力造穴鉆孔抽采數(shù)據(jù)分析

工作面迎頭水力造穴鉆孔施工完成后進(jìn)行并網(wǎng)抽采，在鉆孔與支管間安裝一套匯流管監(jiān)控裝置連續(xù)對(duì)鉆孔抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。通過對(duì)抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出：

（1）匯流管抽采濃度維持在30%~45%，基本無較大變化，至20d 后抽采濃度下降維持在30%~35%，無較大變化。瓦斯抽采濃度曲線如圖4所示。

（2）匯流管并網(wǎng)抽采初期流量逐步增大，由2.3m3/min 增大至4m3/min，并趨于穩(wěn)定。

（3）匯流管并網(wǎng)抽采初期抽采量逐步增大，由1.02m3/min增大至1.6m3/min并趨于穩(wěn)定，至20d 后抽采量減少至1.3m3/min 并趨于穩(wěn)定。

（4）預(yù)抽42d 后生產(chǎn)期間工作面瓦斯涌出量和預(yù)抽前工作面瓦斯涌出量對(duì)比下降50%，煤體瓦斯含量下降1.68m3/t。

圖2 3119 工作面順層鉆孔布置示意圖

圖3 工作面迎頭水力造穴鉆孔示意圖

表1 夏店煤礦水力造穴鉆孔施工完成情況

圖4 3119 運(yùn)巷里段水力造穴鉆孔濃度曲線圖

3.2 N101回巷水力造穴效果分析

（1）1#匯流管抽采濃度維持在85%~96%，基本無較大變化；2#匯流管剛開始單個(gè)鉆孔濃度為80%~95%，并網(wǎng)鉆孔逐漸增多后，抽采濃度下降維持在65%~75%，無較大變化。N101 工作面水力造穴鉆孔濃度曲線圖如圖5 所示。

圖5 N101 工作面水力造穴鉆孔濃度曲線圖

（2）1#匯流管并網(wǎng)抽采初期流量逐步增大，由0.02m3/min 增大至1.2m3/min，至10d 后流量減小至0.1m3/min 并趨于穩(wěn)定；2#匯流管并網(wǎng)抽采初期流量逐步增大，由1.2m3/min 增大至1.9m3/min 并趨于穩(wěn)定。

（3）1#匯流管并網(wǎng)抽采初期抽采量逐步增大，由0.02m3/min 增大至1.05m3/min，至10d 后流量減小至0.1m3/min 并趨于穩(wěn)定；2#匯流管并網(wǎng)抽采初期抽采量逐步增大，由0.8m3/min 增大至1.3m3/min并趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

（1）采用水力造穴技術(shù)抽采一段時(shí)間后，工作面迎頭瓦斯抽采濃度穩(wěn)定在30%~35%，抽采量穩(wěn)定在1.3m3/min；工作面巷道抽采濃度穩(wěn)定在65%~75%，1#匯流管并網(wǎng)抽采流量穩(wěn)定在0.1m3/min，2#匯流管并網(wǎng)抽采流量穩(wěn)定在1.9m3/min。

（2）工作面水力造穴鉆孔預(yù)抽時(shí)間為2 個(gè)月，預(yù)抽后生產(chǎn)期間工作面瓦斯涌出量和預(yù)抽前瓦斯涌出量對(duì)比下降50%，煤體瓦斯含量下降1.68m3/t?？芍υ煅夹g(shù)能增加煤層透氣性，增加鉆孔內(nèi)新暴露煤體抽采面積，降低煤體瓦斯含量，提高鉆孔抽采量，提高瓦斯抽采效率。