高 明 路 璐

（山西新景礦煤業(yè)有限責任公司，山西 陽泉 045000）

目前底抽巷穿層水力造穴是新景公司在高突危險性煤層的一項常規(guī)消突技術(shù)措施，原理是將煤層下部巖層作為安全屏障由底板巖巷向煤層打抽放鉆孔，并利用高壓水射流在突出煤層中沖出若干個直徑較大的孔洞[1]，同時排出一定量的破碎煤體及大量瓦斯氣體，在孔洞周圍形成一定范圍的卸壓區(qū)，提高區(qū)域內(nèi)煤體透氣性，達到消突目的[2]。

底抽巷穿層水力造穴措施雖能較好地實現(xiàn)消突效果，但需在煤層下部施工底抽巖石巷，大大增加了工程投入，且煤巷的掘進效率受到了底抽巷施工進度的限制。為達到“一通三防”降成本工作要求，新景公司在15#煤15124 走向巖石低位抽采巷試驗下向穿層機械造穴技術(shù)，從而代替底板抽采巷，減少巖巷工程量，提高佛洼15#突出煤層掘進效率，并為下一步推廣應用下向穿層機械造穴技術(shù)積累寶貴經(jīng)驗。

1 工程背景

施工地點為15124 低位抽采巷掘進工作面，位于15#煤佛洼采區(qū)北翼西部。工作面煤層賦存較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，屬中灰、中硫的優(yōu)質(zhì)無煙煤，煤層平均厚度5.08 m，15#煤下部隔著平均厚度1.49 m的夾石層發(fā)育有15#下煤。

15124 低抽巷布置于距15#煤層頂板8 m 左右的層位中，沿K2 石灰?guī)r中部的泥巖由南向北掘進，巖層傾角2°～7°，巷道設(shè)計長度2 086.24 m。在15124 低位抽采巷施工下向造穴鉆孔目的是保護15124 回風巷煤巷掘進。

15124 回風巷沿15#煤層頂板布置，采用見頂見底掘進方式，巷道設(shè)計長度2 055.26 m，巷道斷面為矩形，凈寬5 m，凈高5 m，凈斷面25 m2，低位抽采巷與回風巷水平間距為15 m。

2 下向穿層鉆孔設(shè)計方案

15124 低位抽采巷口往里210 m 處開始下向造穴孔施工區(qū)段，單組設(shè)計7 個鉆孔（2#、3#、4#、5#為造穴孔，其余為普通抽采鉆孔），鉆孔組間距5 m，最長鉆孔43.8 m，最短鉆孔13.8 m，每組鉆孔工程量為172.2 m，設(shè)計鉆孔終孔保護順層條帶下輪廓線左右15 m 范圍，施工試驗組10 組。

由于15#煤與15#下煤中間有夾矸（均厚1.49 m），故實際鉆孔深度以穿透15#下煤進入底板0.5 m 為準。鉆孔施工設(shè)計如圖1，鉆孔位置參數(shù)見表1。

圖1 鉆孔布置設(shè)計圖

表1 鉆孔位置參數(shù)表

3 下向穿層機械造穴工藝及裝備

3.1 試驗裝備

采用鉆機型號為ZDY10000LPS 機械式煤層造穴卸壓裝置，鉆桿為直徑89 mm 的三翼鉆桿，鉆頭為直徑133 mm（擴孔直徑550 mm）的自動開合式擴孔鉆頭，如圖2。

圖2 鉆機實物圖

3.2 工藝流程

（1）機械水刀開合試驗

作業(yè)前，為保證裝置的可靠使用，應在孔口進行刀臂開合試驗。開機后調(diào)整清水泵站使用壓力，使水壓逐漸升高，觀察刀臂開始打開時的壓力以及完全打開時水壓（正常打開時泵站壓力為1.5～2 MPa），保證機械刀臂開合正常后方可開始施工。

（2）打鉆作業(yè)

① 正常打鉆時采用高低壓轉(zhuǎn)換接頭連接鉆頭和鉆桿，將清水泵站壓力調(diào)至慢1 或慢2 檔；

② 依次啟動泵站和鉆機，待孔口返水正常后開始鉆進，直至打完一根鉆桿[3]；

③ 依次停鉆、停泵，手動卸下高低壓轉(zhuǎn)換接頭，并加接鉆桿（嚴禁動力頭反向旋轉(zhuǎn)，防止造成掉桿）；

④ 重復步驟①和②，直至正常打鉆作業(yè)完畢。

（3）造穴作業(yè)

① 使用自動開合式機械擴孔裝置連接鉆頭和鉆桿，鉆孔施工至開始穿煤層（15#煤）前按照正常打鉆作業(yè)操作流程，通過鉆孔返水顏色和旋轉(zhuǎn)壓力確定進入煤層，開始按照設(shè)計造穴的鉆孔進行機械造穴作業(yè)（2#、3#、4#、5#為造穴孔，需對15#煤穿層造穴）；

② 確定穿層鉆進至需擴孔造穴的煤層時，停止推進，保持動力頭旋轉(zhuǎn)，將泵站檔位調(diào)整至快2 檔（泵站壓力為3～4 MPa），待刀臂完全打開，待孔口返水正常后開始緩慢推進（擴孔時鉆機旋轉(zhuǎn)壓力為5～10 MPa）；

③ 重復加桿作業(yè)，直至機械水刀穿過15#煤層（鉆孔返水由黑色變?yōu)榘咨@機旋轉(zhuǎn)壓力增大）。

（4）鉆孔排渣除水作業(yè)

① 鉆孔按設(shè)計要求施工完畢后，先用高壓水進行返水排渣，將泵站檔位調(diào)整至快2 檔最大流量，啟動泵站、鉆機，待孔內(nèi)返水正常后，將鉆機旋轉(zhuǎn)手柄打至“正轉(zhuǎn)”位，沖洗鉆孔直至返水變清為止；

② 停機停泵后，將高壓風管與鉆機高壓旋轉(zhuǎn)接頭連接，通過壓風進行排水除渣，直至孔內(nèi)積水和煤渣返出量很少為止；

③ 排水除渣作業(yè)完畢時，退出自動開合式機械擴孔裝置，鉆孔施工完畢。

4 抽采效果

鉆孔施工10 組后，對試驗鉆孔采用“一堵一注”水泥砂漿封孔工藝，封孔深度1～9 m。封好鉆孔后先用堵頭將孔口堵好，待注入水泥漿凝固24 h 后連接抽放。每組鉆孔安裝一個放水集氣裝置，并安設(shè)導流管，用于測定抽采流量、負壓、濃度等參數(shù)[4]。對試驗階段的10 組共70 個鉆孔的瓦斯抽采情況進行統(tǒng)計，累計抽采45 d 后，經(jīng)過分析統(tǒng)計的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主管抽采濃度35.4%～48.2%，平均為41.6%，抽采純量為1.76～2.62 m3/min，平均為2.21 m3/min。鉆孔抽采濃度及純量情況如圖3。

圖3 鉆孔抽采濃度及純量

5 結(jié)論

（1）結(jié)合新景公司15#煤層地質(zhì)情況及工程實際，研究制定了15124 低位抽采巷下向造穴鉆孔施工方案，以保護下覆煤層回風巷左右15 m 范圍，實現(xiàn)區(qū)域消突卸壓，保障礦井安全生產(chǎn)的目的。

（2）采用大扭矩機械式煤層造穴鉆機搭配開合式擴孔鉆頭，經(jīng)過反復試驗總結(jié)出一套適合現(xiàn)場實際、安全可靠的施工工藝流程。

（3）通過對試驗鉆孔抽采濃度分析匯總，主管抽采濃度達到41.6%，瓦斯抽采量達到2.21 m3/min，抽采效果良好。下向造穴技術(shù)為礦井提高銜接水平，實現(xiàn)降本提效積累了寶貴經(jīng)驗。