李 鵬，馬金魁，許江濤

（1.山西陽(yáng)泉上社二景煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000；2.中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；3.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122）

引言

晉城礦區(qū)千米鉆機(jī)應(yīng)用較為成熟，千米定向鉆孔抽采已成為多數(shù)礦井瓦斯抽采的主要方法之一[1-2]。2019 年出版的《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》中明確規(guī)定了將千米定向鉆孔預(yù)抽采作為區(qū)域防突措施，由此可以看出，千米鉆孔抽采具有優(yōu)越的抽采效果和經(jīng)濟(jì)性能[3-5]。千米鉆機(jī)進(jìn)行定向區(qū)域抽采，通過(guò)施工條帶和模塊鉆孔，在能夠掌握多種定向施工的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)工藝的基礎(chǔ)上，探清工作面前方煤層的構(gòu)造特征，實(shí)現(xiàn)工作面超前預(yù)抽并實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)，是千米鉆孔抽采主要的應(yīng)用成果[6-7]。

千米鉆孔在施工過(guò)程中，當(dāng)煤層頂?shù)装遄兓^大時(shí)，鉆孔在煤層頂?shù)装遄兓瘏^(qū)域內(nèi)存有積水，因鉆孔施工距離長(zhǎng)，孔口負(fù)壓未能將孔內(nèi)積水全部抽出，造成鉆孔末端積存大量的瓦斯，此現(xiàn)象稱(chēng)為水鎖現(xiàn)象[8]。巷道在掘進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)至巷道低洼處水鎖現(xiàn)象區(qū)域時(shí)，一旦揭露千米鉆孔，造成鉆孔出水，積存的瓦斯會(huì)瞬間涌出，造成工作面發(fā)生瓦斯超限事故，嚴(yán)重影響了巷道的正常掘進(jìn)，給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)了隱患。

1 千米鉆機(jī)施工存在的問(wèn)題

成莊礦自2007 年開(kāi)始使用千米鉆機(jī)進(jìn)行定向區(qū)域抽采，通過(guò)施工條帶和模塊鉆孔，掌握了多種定向施工的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)工藝，主要目的是已治理煤層瓦斯及探清煤層構(gòu)造為主，實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)。但在施工過(guò)程中受煤層頂?shù)装遄兓^大時(shí)，鉆孔在煤層頂?shù)装遄兓瘏^(qū)域內(nèi)存有積水，因鉆孔施工距離長(zhǎng)，孔口負(fù)壓未能將孔內(nèi)積水全部抽出，造成鉆孔末端積存大量的瓦斯，此現(xiàn)象稱(chēng)為水鎖現(xiàn)象。巷道在掘進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)至巷道低洼處水鎖現(xiàn)象區(qū)域時(shí)，一旦揭露千米鉆孔，造成鉆孔出水，積存的瓦斯會(huì)瞬間涌出，造成工作面發(fā)生瓦斯超限事。嚴(yán)重影響了的巷道的正常掘進(jìn)，給煤礦安全生產(chǎn)帶來(lái)了隱患。

通過(guò)優(yōu)化千米鉆孔設(shè)計(jì)，改進(jìn)千米鉆孔施工工藝，解決因水鎖現(xiàn)象早成的瓦斯積聚、抽放效果不好的現(xiàn)象，保證隊(duì)組掘進(jìn)、回采的安全。

2 水鎖現(xiàn)象的改進(jìn)方案及處理方法

2.1 改進(jìn)方案

通過(guò)優(yōu)化千米鉆孔設(shè)計(jì)，改進(jìn)千米鉆孔施工工藝，在鉆孔施工結(jié)束后，針對(duì)煤層頂?shù)装遄兓^大易造成水鎖現(xiàn)象區(qū)段，通過(guò)在該鉆孔周?chē)┕ひ粋€(gè)軌跡較平緩的鉆孔（通過(guò)穿頂板或底板施工）與該鉆孔內(nèi)各存水區(qū)段打穿，保證鉆孔內(nèi)瓦斯能抽出。采用該方式對(duì)易造成水鎖現(xiàn)象的區(qū)段進(jìn)行瓦斯抽放。提高鉆孔施工覆蓋區(qū)瓦斯抽采的效果，消除鉆孔覆蓋區(qū)段瓦斯積存的情況，保證掘進(jìn)隊(duì)組安全掘進(jìn)。具體有兩種實(shí)施方案：

方案一：調(diào)整鉆孔施工軌跡，通過(guò)穿頂板或穿底板施工的方式，使鉆孔施工軌跡平緩，與其他鉆孔存在的水鎖現(xiàn)象區(qū)域打通，保證鉆孔內(nèi)不出現(xiàn)瓦斯積存的現(xiàn)象，提高鉆孔覆蓋區(qū)域的抽放效果。

方案二：在施工下行鉆孔時(shí)，孔底區(qū)域?qū)儆谒i現(xiàn)象區(qū)域，通過(guò)調(diào)整鉆機(jī)施工地點(diǎn)，將鉆機(jī)調(diào)整為施工上行鉆孔并與下行鉆孔末端打通，通過(guò)施工的上行鉆孔將下行鉆孔內(nèi)的積水排除，保證了鉆孔的抽放效果，降低了回采工作面千米鉆孔區(qū)域的瓦斯超限的幾率，提高了采煤隊(duì)組的生產(chǎn)效率。

2.2 處理效果

通過(guò)制訂的方案，在4106 巷同一施工地點(diǎn)開(kāi)展了調(diào)整鉆孔軌跡和調(diào)整鉆機(jī)施工地點(diǎn)的方法，對(duì)比考察其方案的可行性。

方案實(shí)施前的千米定向鉆孔水鎖現(xiàn)象如圖1 所示；方案實(shí)施后的如圖2 所示。

圖1 方案實(shí)施前的千米定向鉆孔水鎖現(xiàn)象

通過(guò)圖1 和圖2 的定向鉆孔軌跡可以看出，鉆孔在80～100 m 位置處極易出現(xiàn)鉆孔塌陷導(dǎo)致的水鎖現(xiàn)象，在后續(xù)鉆孔的施工過(guò)程中，積水嚴(yán)重并呈現(xiàn)較大水窩，既影響鉆孔施工效率，又影響抽采效果。通過(guò)調(diào)整鉆孔的軌跡設(shè)置，在極易造成水鎖的位置采用挑頂或臥底施工，避開(kāi)極易塌孔的煤體部位，避免鉆孔全長(zhǎng)范圍內(nèi)積水。

圖2 方案實(shí)施后的千米定向鉆孔水鎖現(xiàn)象

3 解決的關(guān)鍵問(wèn)題及推廣應(yīng)用

3.1 關(guān)鍵問(wèn)題

解決了因水鎖現(xiàn)象導(dǎo)致的瓦斯超限事故，提高鉆孔覆蓋區(qū)域的抽放效果；減少了掘進(jìn)時(shí)施工探測(cè)孔的數(shù)量，降低了工作量，大大提高了掘進(jìn)效率；保證了鉆孔的抽放效果，降低了回采工作面千米鉆孔區(qū)域的瓦斯超限的幾率，提高了采煤隊(duì)組的生產(chǎn)效率。

通過(guò)優(yōu)化千米鉆孔設(shè)計(jì)，改進(jìn)千米鉆孔施工工藝，在鉆孔施工結(jié)束后，針對(duì)煤層頂?shù)装遄兓^大易造成水鎖現(xiàn)象區(qū)段，通過(guò)在該鉆孔周?chē)┕ひ粋€(gè)軌跡較平緩的鉆孔，與其他鉆孔存在的水鎖現(xiàn)象區(qū)域打通，保證鉆孔內(nèi)不出現(xiàn)瓦斯積存的現(xiàn)象，提高鉆孔覆蓋區(qū)域的抽放效果。

3.2 推廣應(yīng)用

通過(guò)優(yōu)化千米鉆孔設(shè)計(jì)，改進(jìn)千米鉆孔施工工藝。首先，杜絕了巷道掘進(jìn)時(shí)因揭露千米鉆孔導(dǎo)致的瓦斯超限事故，有效提高了千米鉆孔的覆蓋區(qū)域的抽放效果。其次，減少了掘進(jìn)時(shí)施工探測(cè)孔的數(shù)量，降低了工人的工作量，提高了掘進(jìn)效率。最后，保證了鉆孔的抽放效果，降低了回采工作面千米鉆孔區(qū)域的瓦斯超限的概率，提高了采煤隊(duì)組的生產(chǎn)效率。具有良好的擴(kuò)展性和推廣價(jià)值，可以在晉煤集團(tuán)其他主要大型礦井推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化千米鉆孔設(shè)計(jì)，改進(jìn)千米鉆孔施工工藝，設(shè)計(jì)施工平滑軌跡鉆孔與水鎖區(qū)域鉆孔打穿，單孔最大抽放純量達(dá)到8 m3/min，有效解決了因水鎖區(qū)域造成的瓦斯積聚問(wèn)題，保證了鉆孔的抽放效果，縮短了抽放年限，保證了巷道的正常銜接，降低了掘進(jìn)巷道區(qū)域的瓦斯超限的概率，提高了采掘隊(duì)組的生產(chǎn)效率。