趙建國(guó)

摘 要：針對(duì)東曲礦煤層透氣性差、采用濕式鉆進(jìn)工藝鉆孔易塌孔、成孔率低、瓦斯抽采效果差的問題，通過在28802工作面采用干式鉆進(jìn)工藝施工本煤層鉆孔并對(duì)瓦斯抽采數(shù)據(jù)連續(xù)觀測(cè)表明，干式鉆進(jìn)施工的鉆孔瓦斯抽采濃度及抽采量大大提高，較好的解決了低透氣性煤層瓦斯抽采效果差的問題。

關(guān)鍵詞：煤層透氣性;瓦斯抽采;干式鉆進(jìn)工藝

0 引言

我國(guó)高瓦斯低透氣性煤層分布廣、瓦斯抽采難，低透氣性煤層高效抽采是眾多煤礦企業(yè)普遍存在的技術(shù)難題，也是制約安全生產(chǎn)水平，提高及落實(shí)“先抽后采”瓦斯治理方針的“瓶徑”。隨著煤礦開采深度的增加，地應(yīng)力增高，煤層及圍巖的透氣性變差，瓦斯含量增加，相對(duì)瓦斯涌出量增高，瓦斯的危險(xiǎn)性增加，利用鉆孔抽采瓦斯是治理瓦斯的最常用方法之一，目前國(guó)內(nèi)外煤礦井下鉆孔的施工工藝主要有濕式和干式，由于干式鉆進(jìn)施工時(shí)粉塵較大，作業(yè)環(huán)境較惡劣，井下鉆孔施工時(shí)多采用濕式鉆進(jìn)。但是在濕式鉆進(jìn)施工下向鉆孔時(shí)，鉆孔易塌孔、積水積渣不易排出。通過在東曲礦順層鉆孔中進(jìn)行抽采瓦斯的實(shí)踐證實(shí)：采用干式鉆進(jìn)施工鉆孔，通過配套的除塵器可以有效降低打鉆過程中的粉塵量，同時(shí)礦井的瓦斯抽采量及抽采率大大提高，保障了鉆孔的封孔質(zhì)量，解決了低透氣性煤層瓦斯抽采效果差的難題。

1 工作面概況

東曲礦為煤與瓦斯突出礦井，主要可采煤層為山西組2#、4#煤和太原組8#、9#煤，均為突出煤層，煤種有焦煤、瘦煤和貧煤，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量133.40m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量18.19m3/t。2#、4#、8#和9#煤層均屬于可以抽采，煤塵均具有爆炸性，2號(hào)煤為Ⅱ類自燃煤層，4號(hào)、8號(hào)、9號(hào)煤為Ⅲ類不易自燃煤層。

28802工作面位于+860水平八采區(qū)，北西為+860集中皮帶巷，北東為東翼軌道巷，南東為已回采的28804皮順，南西為八采邊界回風(fēng)巷。28802工作面所掘進(jìn)8#煤層屬上石炭統(tǒng)太原組煤層，煤厚2.57m-4.64m，平均3.87m，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層厚度變化不大，屬穩(wěn)定煤層。上部2#、4#煤大部分未回采。2#煤與8#煤層間為75m。煤層傾角1°-6°，平均傾角為4°。

該工作面走向長(zhǎng)1052m-1080m/1048m-1080m，傾向105m/133m。8#煤層瓦斯吸附常數(shù)a值：27.0861m3/t·r，瓦斯吸附常數(shù)b值：1.0989MPa-1，煤的孔隙率：3.5%，8號(hào)煤層透氣性系數(shù)：0.396 m2/（MPa2.d），屬于可以抽放。由于八采區(qū)整體布置為北高南低，工作面順槽在掘進(jìn)過程中一路下山，掘進(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量為3.5m3/min。

2 抽采鉆孔的布置方式

抽采鉆孔施工從28802軌順口往里60m處開始至距切眼10m結(jié)束，鉆孔布置在巷道的左幫（沿掘進(jìn)方向），鉆孔傾角：所有鉆孔均垂直于煤壁施工，根據(jù)28802工作面走向及8#煤傾角變化，考慮到鉆桿施工過程中存在一定的下沉量，鉆孔傾角取1°～2°。為增加28802工作面煤層的透氣性，提高抽采效果，使用CO2預(yù)裂增透技術(shù)對(duì)鉆孔進(jìn)行預(yù)裂爆破，同時(shí)結(jié)合8#煤層瓦斯抽采半徑測(cè)定結(jié)果，將鉆孔開孔及終孔間距均確定為6m。鉆孔開孔高度距底板1.5m處。根據(jù)施工鉆機(jī)性能、煤層地質(zhì)條件、施工技術(shù)水平及相關(guān)要求，鉆孔設(shè)計(jì)深度為120m。共計(jì)設(shè)計(jì)施工本煤層鉆孔175個(gè)。

3 干式鉆進(jìn)排渣原理及工藝

3.1 工作原理

除塵器是利用氣固混合物在作高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來的干式氣固分離設(shè)備。由于顆粒所受的離心力遠(yuǎn)大于重力和慣性力，所以分離效率較高。

除塵器結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)圓錐形筒，筒上段切線方向裝有一個(gè)氣體入口管，圓筒頂部裝有插入筒內(nèi)一定深度的排氣管，錐形筒底有接受細(xì)粉的出粉口。含塵氣流一般以12-30m/s速度由進(jìn)氣管進(jìn)入旋風(fēng)分離器時(shí)，氣流將由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分，沿器壁自圓筒體呈螺旋形向下朝錐體流動(dòng)。此外，顆粒在離心力的作用下，被甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力，而靠器壁附近的向下軸向速度的動(dòng)量沿壁面下落，進(jìn)入儲(chǔ)渣倉，由出渣口落入編制袋里。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流，在下降過程中不斷向分離器的中心部分流入，形成向心的徑向氣流，這部分氣流就構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)向上的內(nèi)旋流。內(nèi)、外旋流的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。最后凈化氣經(jīng)出氣口管排入蓄水倉，一部分未被分離下來的較細(xì)塵粒也隨之逃逸。自進(jìn)氣口流入的另一小部分氣體，則通過除塵器與上升的內(nèi)旋氣流匯合，進(jìn)入出風(fēng)口，于是分散在這部分上旋氣流中的細(xì)顆粒也隨之被帶走。

3.2 工藝流程

干式鉆孔施工過程中利用礦井壓縮空氣作為鉆孔排渣的動(dòng)力來源，利用巷道中風(fēng)管產(chǎn)生的風(fēng)壓，通過鉆機(jī)的送水器與風(fēng)管連接，再將送水器與φ73mm鉆桿連接，采用φ113鉆頭施工順層鉆孔5m，然后將鉆頭、鉆桿退出，用毛巾包裹密封瓦斯接收器孔口段并用緊固件固定，之后插入鉆孔內(nèi)，瓦斯接收器出氣口與3寸軟管連接、排渣口用4寸軟管連接，打開鉆機(jī)的下風(fēng)側(cè)安設(shè)一道凈化水幕，開機(jī)正常鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中，鉆頭切削的煤屑經(jīng)過高壓風(fēng)和螺旋鉆桿輸送到瓦斯接收器中，產(chǎn)生的鉆屑和煤體釋放的瓦斯分別勻速地進(jìn)入抽采管路和除塵裝置中，鉆進(jìn)中產(chǎn)生的粉塵沉降到除塵裝置中，瓦斯與空氣混合氣體通過3寸軟管輸排到蓄水倉中。如圖1所示。

4 抽采效果

4.1 鉆孔抽采量的測(cè)定

經(jīng)過對(duì)28802軌順本煤層鉆孔井下連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，在采用干式鉆孔施工工藝和CO2增透預(yù)裂后，單孔瓦斯抽采濃度能夠穩(wěn)定在36%-95%，28802軌順本煤層鉆孔（175個(gè)鉆孔）平均單孔抽采量為0.0592m3/min。28802軌順本煤層抽采支管路的最高抽采濃度72.5%，抽采量為3.7m3/min。支管路平均抽采濃度67%，抽采量3.2m3/min，瓦斯抽采效果較好。

4.2 干式與濕式鉆孔單孔抽采效果對(duì)比分析

為對(duì)比干式與濕式兩種不同鉆進(jìn)工藝的抽采效果，選擇了位于同一采區(qū)的28812工作面本煤層鉆孔，隨機(jī)抽取5個(gè)用濕式鉆進(jìn)施工并且剛做完CO2增透預(yù)裂的鉆孔，每隔3天選取抽采數(shù)據(jù)，抽采情況見表1。

通過抽采情況表1可知，5個(gè)鉆孔連續(xù)40天的觀測(cè)，單孔瓦斯抽采濃度能夠穩(wěn)定在40%-80%之間，28812工作面本煤層鉆孔（5個(gè)鉆孔）平均單孔抽采量為0.0574m3/min。

在28802軌順本煤層鉆孔中也隨機(jī)抽取5個(gè)用干式鉆進(jìn)施工并且剛做完CO2增透預(yù)裂的鉆孔，在相同的抽采時(shí)間內(nèi)對(duì)單孔的抽采濃度、抽采量進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。抽采情況見表2。

同理通過抽采情況表2可知，5個(gè)鉆孔連續(xù)40天的觀測(cè)，單孔瓦斯抽采濃度能夠穩(wěn)定在57%-90%之間，28802工作面本煤層鉆孔（5個(gè)鉆孔）平均單孔抽采量為0.101m3/min。

通過上述抽采數(shù)據(jù)對(duì)比可知，采用干式鉆進(jìn)施工的鉆孔同比濕式鉆進(jìn)施工的鉆孔抽采濃度及抽采量都有較大提升。

4.3 干式與濕式鉆孔支管路抽采效果對(duì)比分析

28812工作面本煤層抽采支管路的最高抽采濃度61.8%，抽采量為2.47m3/min。支管路平均抽采濃度53.8%，抽采量1.89m3/min，如圖2所示。

28802工作面本煤層抽采支管路的最高抽采濃度72.5%，抽采量為3.7m3/min。支管路平均抽采濃度67%，抽采量3.2m3/min，如圖3所示。

通過圖2與3對(duì)比，28802工作面采用干式鉆進(jìn)施工，抽采濃度相比濕式鉆進(jìn)提高了15%，達(dá)到每孔50%以上，抽采量相比濕式鉆進(jìn)增加了1.3m3/min。

5 結(jié)論

①干式鉆孔施工工藝能夠提高鉆孔的抽采濃度及抽采量，適用于煤與瓦斯突出煤層和低透氣性煤層，通過抽采瓦斯有效地消除或減弱瓦斯突出的危險(xiǎn)性;

②干式鉆孔施工工藝尤其適用于下向孔，鉆孔成孔率高，鉆孔塌孔、卡鉆現(xiàn)象相比濕式大幅下降;

③使用鉆孔干式鉆進(jìn)工藝后，不僅減少了水的消耗，降低了排水時(shí)人、財(cái)、物的投入，而且封孔的質(zhì)量得到保障，縮短了鉆孔的預(yù)抽時(shí)間，提高了礦井的抽采量及抽采率，降低了風(fēng)排瓦斯量;

④采用干式鉆孔鉆進(jìn)工藝并結(jié)合二氧化碳預(yù)裂增透技術(shù)，增加了煤層的透氣性，縮短了鉆孔的施工工期，延長(zhǎng)了鉆孔的預(yù)抽時(shí)間，緩解了采掘抽銜接緊張的局面。

參考文獻(xiàn)：

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[2]程國(guó)軍.回采工作面順層鉆孔抽放瓦斯研究[J].煤炭工程，2005（03）.