朱起超

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

1 引言

高瓦斯、高地應(yīng)力和沖擊地壓?jiǎn)栴}，已成為制約高瓦斯礦井生產(chǎn)銜接的主要問(wèn)題。由于該類煤層較軟，當(dāng)施工至軟煤時(shí)，鉆孔返渣量大，泥漿泵壓力增大，極易出現(xiàn)卡鉆、吸鉆甚至瓦斯噴出現(xiàn)象。目前井下主要采取的措施是底抽巷施工穿層鉆孔對(duì)軟分層進(jìn)行掏煤，但目前效果不明顯，在工作面防突檢測(cè)中仍然存在鉆屑量超標(biāo)，對(duì)礦井安全高效采掘造成很大影響。基于上述問(wèn)題，提出了采用軟分層水力掏煤作為保護(hù)層開(kāi)采的一種替代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域消突和瓦斯預(yù)抽達(dá)標(biāo)。

2 現(xiàn)場(chǎng)概況

岳城礦為沁秀公司下屬高瓦斯礦井。礦井配風(fēng)量合理，能夠滿足安全生產(chǎn)需要。現(xiàn)階段開(kāi)采的1309工作面位于井田東部邊界，采用“兩進(jìn)一回”通風(fēng)，其中13091巷、13093巷為進(jìn)風(fēng)巷，13092巷為回風(fēng)巷，底抽巷位于13092巷以東350m。其工作面位置如圖1。

圖1 1309工作面巷道位置圖

現(xiàn)開(kāi)采的3#煤層平均透氣性系數(shù)為16.383m2/（MPa2·d），鉆孔平均瓦斯流量衰減系數(shù)為0.031d-1，瓦斯抽采影響半徑為3.0～3.5m，排放半徑測(cè)定為0.7m?；夭善陂g在采空區(qū)施工高位鉆孔并埋管抽放，效果不甚理想，鉆屑量指標(biāo)仍然超標(biāo)，因此迫切需要開(kāi)展水力掏煤工藝及參數(shù)改進(jìn)，滿足采掘銜接要求。

3 參數(shù)測(cè)定

3.1 掏煤半徑

首個(gè)試驗(yàn)鉆孔進(jìn)行突出煤層軟分層掏軟煤后，通過(guò)考察與突出煤層軟分層掏軟煤鉆孔不同距離的鉆孔瓦斯流量和水分的變化，確定不同條件下突出煤層軟分層射流掏煤的有效掏煤半徑。選擇在掏軟煤鉆孔一側(cè)間距1m、2m、3m、4m和5m設(shè)計(jì)掏軟煤半徑測(cè)定鉆孔。在掏軟煤鉆孔施工前預(yù)先施工檢測(cè)鉆孔，并封孔連入抽放管路，檢測(cè)在掏軟煤鉆孔施工前后周邊鉆孔瓦斯流量和瓦斯?jié)舛燃八肿兓闆r，掏軟煤半徑介于檢驗(yàn)孔出水量變化且瓦斯流量急劇變化與檢驗(yàn)孔出水量不變且小幅變化這兩個(gè)檢驗(yàn)孔的間距之間。

3.2 掏煤厚度

完成試驗(yàn)區(qū)突出煤層軟分層掏軟煤后，根據(jù)各孔采出的煤量，計(jì)算各個(gè)鉆孔掏軟煤半徑及平均射流掏煤厚度，確定突出煤層軟分層掏軟煤的半徑和影響半徑，最終確定合理掏軟煤鉆孔間距。

4 研究方案

4.1 設(shè)備選配

對(duì)水力掏軟煤系統(tǒng)、供水系統(tǒng)和防超限裝置等試驗(yàn)設(shè)施進(jìn)行安裝和調(diào)試，其系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 水力掏煤系統(tǒng)圖

相關(guān)設(shè)備基本參數(shù)如表1所示。

表1 掏煤設(shè)備表

計(jì)劃在1309底抽巷沿巷道0～120m范圍內(nèi)掏煤作業(yè)， 掏煤影響半徑3～6m，掏煤壓力0～30MPa。

4.2 掏煤參數(shù)

4.2.1 水射流掏煤層位

岳城煤礦軟煤硬度系數(shù)在0.1～0.5之間，水射流掏煤層位布置在軟煤區(qū)域。根據(jù)岳城礦地質(zhì)資料，1309底抽巷存在較穩(wěn)定的軟分層，厚度0.2～0.6m。

4.2.2 水力射流參數(shù)

軟分層水射流掏煤半徑主要受煤體硬度系數(shù)、射流壓力、射流流量及時(shí)間控制，其中煤體硬度系數(shù)和射流流量較為關(guān)鍵。當(dāng)設(shè)計(jì)水射流掏煤半徑、厚度、煤體硬度增大時(shí)，水射流水量、壓力隨之增大，時(shí)間增加。

水射流參數(shù)設(shè)計(jì)包括水射流流量、壓力和時(shí)間等參數(shù)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)水射流掏煤半徑、厚度和煤體硬度來(lái)設(shè)計(jì)。水射流設(shè)計(jì)參數(shù)值僅為第一個(gè)水射流掏煤鉆孔初次掏煤提供參考，其他鉆孔水射流掏煤的具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際掏煤情況進(jìn)行調(diào)整。綜上得出軟分層水射流參數(shù)初步設(shè)計(jì)如表1所示。

表2 突出煤層軟分層水射流掏煤初步設(shè)計(jì)參數(shù)

4.3 掏煤設(shè)備

4.3.1 鉆桿噴嘴

突出煤層軟分層水力掏煤鉆桿采用插接式高壓密封鉆桿，采用高壓密封圈連接鉆桿，密封壓力大于50MPa。為了準(zhǔn)確定位鉆桿和噴嘴在突出煤層軟分層水力掏煤時(shí)的相對(duì)位置，預(yù)先在地面對(duì)鉆桿和噴嘴的相對(duì)位置進(jìn)行測(cè)試和標(biāo)刻。

4.3.2 鉆孔布置

在底抽巷試驗(yàn)區(qū)域施工穿層鉆孔，井下高壓水泵最大供水壓力去掉供水管路阻力之后的有效壓力大于25MPa。根據(jù)突出煤層軟分層水力掏軟煤噴嘴設(shè)計(jì)參數(shù)、射流壓力、軟分層硬度和水射流參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，單孔理論水力射流半徑在3.0～4.0m之間。在底抽巷試驗(yàn)區(qū)域設(shè)計(jì)首個(gè)水力掏軟煤試驗(yàn)鉆孔，孔徑94mm，傾角60°，與巷道軸線方位角90°。在水力掏軟煤鉆孔間距1m、2m、3m、4m、5m設(shè)計(jì)水射流掏煤半徑測(cè)定鉆孔，具體的鉆孔參數(shù)可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。

5 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

在1309底抽巷沿巷道120m范圍內(nèi)進(jìn)行掏煤作業(yè)，射流壓力為28MPa，射流流量為180L/min，共計(jì)施工鉆孔552個(gè)，出煤量247t。原百孔抽采量為0.94m3/min，鉆孔平均壓力為1.17MPa，單位瓦斯含量為5.72m3/t。實(shí)行水力掏煤后，百孔抽采量增加到2.01m3/min，抽采量提高了113.8%，鉆孔平均壓力降為0.32MPa，降低了72.6%，單位瓦斯含量降為3.26m3/t，降低了43%。說(shuō)明水力掏煤能夠大幅度降低鉆孔平均壓力，從根源上消除頂鉆、卡鉆現(xiàn)象，同時(shí)有效提高區(qū)域抽采效果，滿足采掘銜接要求。

6 結(jié)論

在1309底抽巷實(shí)行水力掏煤，百孔抽采量提高了113.8%，鉆孔平均壓力降低了72.6%，單位瓦斯含量降低了43%。說(shuō)明水力掏煤能夠大幅度降低鉆孔平均壓力，從根本上起到區(qū)域防突、抽采提效的良好作用。