姚學慶 陳慶鵬

（1.焦作煤業(yè)（集團）有限責任公司科學技術研究所，河南 焦作 454000； 2.焦作煤業(yè)（集團）有限責任公司九里山礦，河南 焦作 454000）

九里山礦持續(xù)推進三至五年中長期區(qū)域瓦斯治理規(guī)劃，形成了以底板巖巷穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯和穿層中深孔超前預抽區(qū)段煤層瓦斯相結合的區(qū)域瓦斯治理技術路線[1-3]，并大力推廣水力沖孔增透技術，使得瓦斯綜合治理工作取得了較為顯著的進步，有力推動了安全生產(chǎn)。然而其深部瓦斯含量高，煤層透氣性差，礦井為縮短瓦斯治理周期，短時間內密集施工抽采鉆孔，并強化水力沖孔等增透措施，但抽采濃度衰減迅速，煤層瓦斯并未充分抽采[4]。新施工鉆孔不但沒有貢獻高濃度抽采量，還進一步降低抽鉆孔抽采效果，不僅延緩了抽采達標時間，還使得低濃度瓦斯占據(jù)抽采系統(tǒng)資源，降低整體瓦斯利用率，嚴重影響抽采效果。通過開展抽采鉆孔異?，F(xiàn)象觀測分析，查找抽采薄弱環(huán)節(jié)，確定抽采影響因素，消除抽采管理盲區(qū)，為指導礦井采取針對性措施，進一步優(yōu)化鉆孔封孔技術工藝、完善管理制度提供依據(jù)。

1 考察方法

抽采鉆孔異?，F(xiàn)象的觀測主要利用鉆孔成像儀進行鉆孔內抽采管路窺視。通過實時直觀地觀察到抽采管路內部情況，分析判斷鉆孔封孔質量、排查抽采管理薄弱環(huán)節(jié)，并結合理論分析，確定抽采異?，F(xiàn)象影響因素，指導礦井采取針對性措施，進一步優(yōu)化封孔工藝、完善管理制度。鉆孔成像儀工作原理如圖1 所示。

2 試驗地點概況

2.1 窺視區(qū)域基本情況

九里山礦穿層抽采鉆孔窺視區(qū)域位于九里山礦16131 底抽巷聯(lián)絡巷、回風底抽巷，該區(qū)域位于16采區(qū)東翼下部，西鄰16 回風下山。抽采鉆孔窺視區(qū)域如圖2 所示。

圖1 鉆孔窺視儀工作示意圖

鉆孔成像儀相關參數(shù)：窺視探頭直徑24 mm，配備電纜30 m、探干30 根（規(guī)格1 m/根）。因此，本次診斷僅針對孔深（抽采管路）小于30 m 的穿層鉆孔。

圖2 九里山礦抽采鉆孔窺視區(qū)域位置

該區(qū)域所采二1 煤層厚在6.0～11.67 m 之間，平均厚度7.3 m，煤層原始瓦斯含量21.46 m3/t，煤層原始瓦斯壓力1.62 MPa，煤層瓦斯吸咐常數(shù)a=39.06 m3/t，b=0.7531 MP-1，煤層透氣性系數(shù)為0.2～0.457 m2/MPa2·d，穿層鉆孔瓦斯流量為0.065 m3/min·h，衰減系數(shù)0.0126～0.0389 d-1。窺視區(qū)域煤層賦存穩(wěn)定，無構造，煤體結構為構造煤，其上部為0.2 m 為粉粒煤，呈末狀，下部為碎裂煤，呈片狀、塊狀。

2.2 鉆孔施工情況及封孔要求

該區(qū)域煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大，為降低瓦斯超限頻次，鉆孔施工主要采用“強抽孔+水力沖孔”模式。首輪強抽鉆孔按照排間距6 m、列間距3 m 施工見煤后采用風力排粉，暫不進行水力沖孔，進行強化抽采；第二輪設計每組16～18 個水力沖孔鉆孔，要求平均單孔沖孔煤量不小于6 t。截至2018 年12 月，16131 底抽聯(lián)絡巷設計施工強抽孔16 組312 個，水力沖孔鉆孔8 組162 個；16131 回風底抽巷設計施工強抽孔95 組，3500 余個，水力沖孔鉆孔近70 組，1200 余個。

穿層鉆孔封孔主要采取“兩堵一注”的帶壓封孔方式，以袋裝聚氨酯作為堵頭，里端堵頭距見煤點2 m 的位置，外端堵頭距孔口1～2 m，進行全巖段注漿封孔，注漿壓力0.5～1 MPa。淺孔封孔管長度為全孔段，深孔封孔管長度為30 m，且花管長度不小于3 m，并用窗紗進行包裹并固定，封孔管連接抹膠處理。囊袋式封孔工藝參照以上要求執(zhí)行，注漿段（包含兩端囊袋）為5 m。

3 穿層鉆孔抽采管路觀測異常情況

3.1 觀測情況

16131 底抽聯(lián)絡巷考察窺視“兩堵一注”封孔工藝鉆孔14 個，16131 回風底抽巷考察窺視4 個鉆孔，共計18 個，抽采期4～13 個月?！皟啥乱蛔ⅰ狈饪坠に嚧鱼@孔窺視視頻截圖見圖3。

圖3 “兩堵一注”帶壓封孔穿層鉆孔抽采管路窺視視頻截圖

由窺視情況參數(shù)表及視頻截圖可知，不同抽采期的18 個鉆孔，大部分孔內抽采管路內壁光滑、完整，其中：（1）1 個鉆孔在距孔口3 m 位置，出現(xiàn)抽采管脫節(jié)；（2）2 個鉆孔在孔內出現(xiàn)抽采管變形，1 個在煤孔段，1 個在巖孔段，且變形后窺視探頭能夠繼續(xù)下入；（3）2 個鉆孔在距孔口14 m位置被煤泥堵死，窺視探頭無法通過；（4）1 個鉆孔在距孔口20 m 位置有煤粉；（5）完成窺視的14個鉆孔中，孔深小于30 m 的鉆孔13 個，抽采管長度較封孔要求少0.8～12.5 m，平均4.1 m；孔深大于30 m 的鉆孔1 個，孔深39 m、巖孔段28 m，抽采管長度29 m，較封孔要求少4 m。

3.2 穿層鉆孔封孔存在的主要問題

（1）封孔操作不規(guī)范，導致鉆孔抽采管脫節(jié)。

九里山礦16131 回風底抽巷4 組13#孔在距孔口3 m 位置出現(xiàn)抽采管脫節(jié)，且里段抽采管與鉆孔孔壁間隙未發(fā)現(xiàn)注漿痕跡。因鉆孔抽采期僅8 個月左右，基本排除巖巷圍巖變形的影響。判斷造成該現(xiàn)象的原因為封孔過程操作不規(guī)范，抽采管連接處未抹膠，下放抽采管時向下抽動抽采管，導致脫節(jié)。該現(xiàn)象占九里山礦窺視的18 個“兩堵一注”封孔鉆孔的5.56%。

（2）抽采花管未包裹窗紗，或抽采管堵頭破損，煤泥、煤粉進入抽采管路堵塞抽采通道。

九里山礦窺視的 “兩堵一注”封孔鉆孔（抽采期4～13 個月）中，2 個鉆孔抽采管內發(fā)現(xiàn)煤泥堵孔（均發(fā)生在巖孔段），1 個鉆孔內有煤粉，占據(jù)抽采管截面約1/3，占九里山礦窺視的18 個鉆孔的16.67%。

（3）Φ50 mm 抽采管管壁較薄，承壓強度不足，封孔后出現(xiàn)抽采管變形。

抽采管變形鉆孔2 個，1 個發(fā)生在煤孔段，1個發(fā)生在巖孔段。其中，煤孔段變形判斷為水力沖孔后，煤層應力重新分布，煤體發(fā)生蠕變變形，造成抽采管擠壓變形；巖孔段變形判斷為上端聚氨酯堵頭位置，由于聚氨酯膨脹變形不均勻，造成局部壓力增高，擠壓抽采管路。抽采管變形占窺視的九里山礦18 個鉆孔的11.11%。

（4）抽采管路存在不同程度下放深度不足，僅部分鉆孔能達到封孔深度要求。

九里山礦正常窺視的14 個“兩堵一注”封孔鉆孔，抽采管長度較封孔要求少0.8～12.5 m，平均4.13 m。

4 穿層鉆孔封孔深度不足對瓦斯抽采影響分析

封孔段的長度一方面是增加封孔管與外界之間的連接長度，減少鉆孔漏氣的幾率，另一方面是最大化的封閉封孔段周圍的裂隙，從而提高封孔效果。按照相關要求，雖然順層鉆孔封孔段長度應不小于8 m，穿層鉆孔封孔段長度應不小于5 m，但根據(jù)巖性和裂隙發(fā)育情況，需要進行相應的考察。

囊袋封孔工藝較“兩堵一注”封孔工藝操作更為便捷，但注漿封孔段僅有5 m 左右，且囊袋需預先固定在抽采管上，才能下放至鉆孔內。其固定位置根據(jù)鉆孔施工巖孔段長度確定，預計下放位置為距煤層底板2 m 位置。若抽采管下放深度不足，則囊袋固定位置較預計位置出現(xiàn)偏差。

在對試驗區(qū)域觀測的24 個囊袋式封孔鉆孔窺視中發(fā)現(xiàn)，孔深小于30 m 的鉆孔10 個，抽采管較封孔要求少1～7m，平均2.5 m；孔深大于30 m 的鉆孔2 個，均為孔深33m、巖孔段19 m，抽采管長度分別為22 m、26 m，較封孔要求少7～11 m，平均9 m。利用表格柱狀圖表示囊袋封孔注漿段距煤層底板2 m 位置，九里山礦16131 回風底抽巷A68組單數(shù)列鉆孔注漿位置示意圖如圖4 所示。

圖4 鉆孔注漿位置示意圖

由圖4 可以看出，由于抽采鉆孔下放深度不足，囊袋注漿段即封孔段位置距煤層底板參差不齊，導致穿層鉆孔封孔不能形成有效、完整的封堵圈，特別是當封孔段位于巖層破碎圈時，容易發(fā)生鉆孔漏氣。在執(zhí)行水力沖孔措施后，鉆孔在煤層內部相互串孔、連通，單個鉆孔漏氣將導致串孔鉆孔抽采濃度整體下降。

5 結論

穿層鉆孔抽采管路下放深度不足，封孔段位置距煤層底板參差不齊，導致穿層鉆孔封孔不能形成有效、完整的封堵圈，當封孔段位于巖層破碎圈時，容易發(fā)生鉆孔漏氣。特別是執(zhí)行水力沖孔措施后，鉆孔在煤層內部相互串孔、連通，單個鉆孔漏氣將導致串孔鉆孔抽采濃度整體下降。礦井應加強抽采鉆孔封孔管理，提高封孔質量才能有效提高煤層瓦斯治理效果，達到瓦斯充分抽采利用、縮短治理周期、降低治理成本的目的。