李 鵬

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

岳城煤礦為晉煤集團(tuán)沁秀公司下屬高瓦斯礦井，目前主采3#煤層。礦井現(xiàn)有通風(fēng)方式為分區(qū)通風(fēng)式，總進(jìn)風(fēng)量為20522m3/min，總回風(fēng)量為20716m3/min，礦井配風(fēng)量合理，能夠滿足安全生產(chǎn)需要。1309（上）工作面為該礦東翼第九個(gè)工作面，其中13091巷和13093巷進(jìn)風(fēng)，13092巷和13094巷回風(fēng)，整個(gè)工作面區(qū)域配風(fēng)量2560m3/min，滿足安全生產(chǎn)需求。

1309（上）工作面的瓦斯治理采用千米區(qū)域遞進(jìn)式鉆孔超前抽放，煤質(zhì)疏松且有軟分層分布的區(qū)域采用本煤層順層鉆孔抽放進(jìn)行瓦斯治理。鉆孔布置為：每組間距為6m，單組18個(gè)鉆孔，雙組16個(gè)鉆孔，每組鉆孔分兩列布置，列間距3.0m，如圖1。

3#煤層賦存不均衡，部分區(qū)域存在煤質(zhì)疏松且有軟分層分布的情況，鉆孔封孔后經(jīng)常發(fā)生塌孔，導(dǎo)致濃度迅速衰減。同時(shí)由于塌孔原因，“兩堵一注”封孔工藝?yán)飩?cè)封堵不嚴(yán)，一旦注漿反而會(huì)堵塞鉆孔[1]。因此，需要對(duì)順層低濃度鉆孔進(jìn)行診斷分析，找出順層孔塌孔、低濃度的原因，制定并完善低濃度順層孔下篩管護(hù)孔的二次處理工藝，并對(duì)護(hù)孔后的鉆孔進(jìn)行后期維護(hù)，最大限度地提高順層孔瓦斯抽采效率。

圖1 1308工作面鉆孔布置圖

2 存在問(wèn)題

（1）在13081巷順層鉆孔試驗(yàn)下32mm篩管，經(jīng)過(guò)捅孔和揭露后發(fā)現(xiàn)篩管內(nèi)全部被煤粉堵死，說(shuō)明32mm篩管管徑太小、煤粉太細(xì)易堵塞等無(wú)法滿足瓦斯抽采需求。

（2）在13082巷順槽試驗(yàn)螺旋鉆桿機(jī)械排渣工藝，因?yàn)樵撀菪@桿接口處易斷開造成掉鉆事故，同時(shí)打鉆效率太低，因此無(wú)法滿足順層鉆孔長(zhǎng)期施工的需求。

（3）目前“兩堵一注”封孔工藝（封孔段為6～10m）容易引起塌孔，無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)孔深處護(hù)孔、護(hù)管下進(jìn)和封堵嚴(yán)密，一旦注漿極易堵塞鉆孔，造成鉆孔濃度迅速下降。

3 研究?jī)?nèi)容

本研究主要對(duì)1個(gè)月內(nèi)抽采能力降至30%以下的低濃度鉆孔進(jìn)行診斷分析，找出順層孔低濃度的原因；通過(guò)數(shù)值模擬，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，制定并完善順層孔下篩管護(hù)孔工藝，并在1309（上）采面順槽巷道進(jìn)行抽采鉆孔護(hù)孔及二次處理試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究抽采鉆孔護(hù)孔及二次處理試驗(yàn)的效果。

4 研究方案

4.1 鉆孔護(hù)孔試驗(yàn)

由于大多數(shù)順層孔僅在局部構(gòu)造破壞區(qū)段塌孔，因此，需要找出塌孔范圍，僅在塌孔區(qū)段進(jìn)行護(hù)孔[2]。同時(shí)，由于鉆孔內(nèi)煤粉在負(fù)壓作用下進(jìn)入護(hù)孔管，鉆孔內(nèi)護(hù)孔管抽采一段時(shí)間后，護(hù)孔管容易被煤粉堵死，大大降低了護(hù)孔效果。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的護(hù)孔管護(hù)孔方式進(jìn)行改進(jìn)。

（1）優(yōu)化篩管孔眼參數(shù)。增加篩管孔眼數(shù)量，減少孔眼直徑，防止煤粉在負(fù)壓作用下進(jìn)入篩管。

（2）分段護(hù)孔。對(duì)順層孔的應(yīng)力集中段和軟煤段等易塌孔區(qū)段采用高強(qiáng)度篩管進(jìn)行護(hù)孔。

（3）增加篩管直徑。采用50mm管代替原有的32mm管，采用插接式連接，增加篩管的有效內(nèi)徑。

4.2 順層孔施工工藝

順層孔施工采用先注漿封孔后施工順層孔的工藝方法。注漿封孔結(jié)束后在孔口套管內(nèi)施工順層抽采鉆孔?！跋茸{、后封孔”的封孔工藝具體操作步驟為：

（1）采用113鉆頭開孔、240mm鉆頭擴(kuò)孔施工6m，并下6mPE管（6寸）。在封孔管底部用石膏封堵不少于200mm，孔口用石膏進(jìn)行封堵不少于400mm。

（2）封孔管與孔壁之間上部安設(shè)兩根返漿管，下部安設(shè)兩根注漿管。開孔傾角為正時(shí)，注漿管在孔口3m處，返漿管下至孔口5m處；開孔傾角為負(fù)時(shí)，返漿管在孔口1m處，注漿管下至孔口3m處。注漿管和返漿管采用千米鉆孔專用注漿管。

（3）注漿時(shí)，將膨脹水泥和水按照0.8∶1（重量比）進(jìn)行攪拌，并加入少量速凝劑，攪拌均勻后開始注漿[3]。當(dāng)返漿管開始返漿時(shí)，將返漿管扎住并繼續(xù)注漿，使注漿壓力達(dá)到0.4MPa后停止注漿，將注漿管扎緊?？變?nèi)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 新工藝孔內(nèi)結(jié)構(gòu)圖

將套管全部退出后，迅速拆除孔口四通裝置，將一趟2寸臨時(shí)負(fù)壓管接在孔口。同時(shí)卸下鉆頭，將擋泥板安裝在套管前端，將4m預(yù)留封孔管（1m短管+3m完整管，其中短管接在末端）下入鉆機(jī)上套管內(nèi)，并在尾部接好二寸負(fù)壓管，同時(shí)撤掉孔口二寸負(fù)壓管，迅速將預(yù)留管與孔內(nèi)封孔管對(duì)接。將水泥調(diào)成糊狀（水灰比1:1.5），塞在6寸PE管與封孔管之間，用鉆機(jī)將擋泥板緩慢送入PE管內(nèi)，并將塞好的水泥推至PE管底部，退出擋泥板繼續(xù)塞水泥至孔口，直至6寸PE管內(nèi)全部被水泥填實(shí)。最后拆除4m臨時(shí)PE管，將6寸擋板安裝在孔口6寸PE管上，并用2寸負(fù)壓管聯(lián)抽。

5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

該項(xiàng)目于2018年3月～6月，在該礦13091巷道內(nèi)順層鉆孔塌孔較嚴(yán)重的400m區(qū)域范圍進(jìn)行試驗(yàn)。順層鉆孔布置距底板高度是1.5m，排距2m，單排距布置，對(duì)200個(gè)存在塌孔和低濃度問(wèn)題的順層鉆孔進(jìn)行護(hù)孔二次處理。同時(shí)在試驗(yàn)區(qū)域附近順層鉆孔塌孔較嚴(yán)重的100m區(qū)域范圍按照相同布孔方式施工順層鉆孔，在抽采過(guò)程中不采用護(hù)孔二次處理措施，并對(duì)評(píng)價(jià)瓦斯抽采濃度數(shù)據(jù)整理，得曲線如圖3所示。其中棱形點(diǎn)為采用護(hù)孔二次處理后的濃度曲線，正方形點(diǎn)為不護(hù)孔濃度曲線。

由圖3可知，不采用護(hù)孔二次處理情況下，抽采初期瓦斯?jié)舛葍H為21.7%，最高抽采濃度為30.2%，有效抽采期的平均濃度為20%左右，并且在30d時(shí)間內(nèi)降為0，衰減速率明顯；而采用護(hù)孔二次處理的抽放鉆孔，初期瓦斯?jié)舛饶苓_(dá)到54.8%，最高抽采濃度為61.4%，有效抽采期的平均濃度為44.8%左右，同時(shí)衰減期長(zhǎng)達(dá)66d，并最終保持在17.2%左右。說(shuō)明護(hù)孔二次處理后有效降低了有效鉆孔的廢孔率，抽采能力平均提高了27.8%，單孔抽采能力最高提高了58.3%，整體抽采能力得到很大提升。

圖3 護(hù)孔二次處理效果對(duì)比圖

6 結(jié)論

綜上所述，對(duì)鉆孔進(jìn)行護(hù)孔二次處理，一方面通過(guò)提高鉆孔孔口強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)抽采初期瓦斯?jié)舛鹊奶嵘?1.7%增加到54.8%，平均濃度由20%提高到44.8%；另一方面通過(guò)鉆孔強(qiáng)度提高，能夠延長(zhǎng)鉆孔壽命，降低衰減速率，使鉆孔有效時(shí)間由30d增加到66d，有效降低了有效鉆孔的廢孔率，提高區(qū)域整體抽采水平。