楊程濤 ，武騰飛 ，張衛(wèi)華 ，熊俊杰

（1.河南能源集團(tuán)研究總院有限公司，河南 鄭州 450046；2.河南省低滲突出煤層煤與瓦斯共采工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450046；3.鶴壁煤電股份有限公司 第六煤礦，河南 鶴壁 458006）

河南能源集團(tuán)有限公司下屬礦井大多為單一煤層，尤其是鶴壁礦區(qū)，開(kāi)采條件復(fù)雜，煤層平均厚度在8.0 m 左右，區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大，瓦斯治理難度大。礦區(qū)常采用底抽巷穿層施工鉆孔進(jìn)行水力化措施后預(yù)抽煤層瓦斯的方式治理瓦斯，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的同時(shí)，暴露出諸多問(wèn)題：首先，煤礦井主要常規(guī)液壓鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔的施工，在施工過(guò)程中，由于鉆機(jī)的自動(dòng)化程度較低，操作復(fù)雜，工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，降低底抽巷施工穿層鉆孔的工效；其次，施工人員在鉆機(jī)施工過(guò)程中，距孔口距離較近，在遭遇突發(fā)事件時(shí)，難以及時(shí)撤離，存在安全隱患；再次，普通鉆機(jī)施工在鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程中無(wú)法知道鉆孔軌跡和鉆頭層位，主要依靠人工經(jīng)驗(yàn)法來(lái)分析判斷鉆孔是否到達(dá)設(shè)計(jì)層位，判斷結(jié)果往往具有一定偏差、延遲和誤差；最后，由于水力化措施作業(yè)中煤體破碎卸壓導(dǎo)致大量游離瓦斯釋放，極易發(fā)生巷道瓦斯超限事故，施工安全得不到保障。

針對(duì)鶴壁礦區(qū)所存在的技術(shù)問(wèn)題，提出以自動(dòng)鉆機(jī)群打鉆-臨時(shí)封孔預(yù)抽-水力沖壓聯(lián)合卸壓增透的鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式[1-5]，以期提高數(shù)字化施工技術(shù)水平，達(dá)到減人提效、提高瓦斯抽采效果、降低勞動(dòng)強(qiáng)度及保障施工安全的目的。

1 水力沖壓聯(lián)合卸壓增透機(jī)理

煤層瓦斯抽采水力化增透措施，目前主要有水力沖孔、水力壓裂、水力割縫、大直徑機(jī)械擴(kuò)孔等方式[6-8]。其中水力沖孔和水力壓裂2 種增透方式在不同礦區(qū)都得到了廣泛的應(yīng)用，但單一采用水力壓裂或水力沖孔技術(shù)都存在一定的局限性[9-10]。因此，考慮將2 種技術(shù)相結(jié)合，在同一瓦斯抽采單元同時(shí)進(jìn)行水力沖孔和水力壓裂聯(lián)合卸壓增透抽采瓦斯技術(shù)，充分利用水力沖孔出煤卸壓為水力壓裂時(shí)煤體大范圍位移提供通道，利用水力壓裂開(kāi)啟、擴(kuò)展、延伸煤層裂隙，水力沖壓聯(lián)合卸壓增透技術(shù)具有導(dǎo)向和均勻化應(yīng)力分布實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采單元較大范圍卸壓增透作用，促進(jìn)孔隙裂隙網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育，從而極大的提高煤層透氣性，兩者各取所長(zhǎng)，共同提高瓦斯抽采效率[11-16]。

水力沖壓聯(lián)合卸壓增透技術(shù)根據(jù)水力壓裂、水力沖孔實(shí)施的先后順序可分為2 種：①先進(jìn)行水力壓裂后進(jìn)行水力沖孔的先壓后沖聯(lián)合卸壓增透抽采技術(shù)；②先進(jìn)行水力沖孔后進(jìn)行水力壓裂的先沖后壓聯(lián)合卸壓增透技術(shù)。

水力沖壓聯(lián)合卸壓增透技術(shù)，能夠有效地?cái)U(kuò)大瓦斯治理單元煤層透氣性，達(dá)到高效抽采煤層瓦斯，在煤層瓦斯治理單元的兩端施工2 列水力沖孔鉆孔，盡量多沖出煤屑，接著在瓦斯治理單元中間布置2 個(gè)水力壓裂鉆孔，由于水力沖孔鉆孔為煤體彈塑性變形提供了空間，誘導(dǎo)壓裂過(guò)程中裂隙向水力沖孔鉆孔生成與擴(kuò)展，形成整體的裂隙網(wǎng)絡(luò)，提高瓦斯治理單元整體透氣性[17-20]，達(dá)到瓦斯治理單元卸壓增透消突的效果。

首先，在瓦斯抽采單元兩端施工2 列水力沖孔控制孔，促使鉆孔多沖出煤體，水力沖孔孔洞周?chē)后w產(chǎn)生塑性破壞，可實(shí)現(xiàn)水力沖孔孔洞周?chē)后w的局部增透[20-21]；在瓦斯抽采單元中間布置水力壓裂孔，進(jìn)行水力壓裂作業(yè)，在此過(guò)程中水力沖孔鉆孔為煤體整體彈塑性變形提供空間[22]。當(dāng)壓裂作業(yè)造成的煤體產(chǎn)生彈塑性變形和位移，導(dǎo)致煤水渣從水力沖孔鉆孔排泄出來(lái)，在持續(xù)的水力壓裂作業(yè)下，瓦斯抽采單元裂隙網(wǎng)絡(luò)不斷擴(kuò)展發(fā)育延伸，瓦斯抽采單元煤體整體大范圍破壞，裂隙充分發(fā)育，并又可以彼此相互地補(bǔ)充或貫通，形成立體裂隙網(wǎng)絡(luò) ，地應(yīng)力，瓦斯壓力在煤體彈塑性變形過(guò)程中應(yīng)力集中得到充分釋放，鉆孔之間應(yīng)力峰值下降，煤體透氣性提高，之后再補(bǔ)充一定數(shù)量的抽采鉆孔，可以達(dá)到卸壓增透的效果，提高單元整體抽采效率，達(dá)到減少鉆孔工程量、縮短預(yù)抽時(shí)間的效果。

2 水力沖壓聯(lián)合卸壓增透數(shù)值模擬

為了對(duì)比分析2 種工藝下的水力沖壓聯(lián)合卸壓增透瓦斯抽采效果，以鶴煤六礦煤層物理力學(xué)相關(guān)參數(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行先沖后壓和先壓后沖2 種工藝條件下的瓦斯抽采效果模擬，鶴煤六礦煤層物理力學(xué)相關(guān)參數(shù)為：①原始瓦斯壓力：2.0 MPa；②彈性模量：2 800 MPa；③吸附系數(shù)a：32.072 m3/t；④吸附系數(shù)b：1.009 MPa-1；⑤抽采負(fù)壓：13 kPa；⑥瓦斯動(dòng)力黏度：1.05×10-5Pa·s；⑦孔隙率：0.068；⑧煤層密度：1 390 m3/t；⑨透氣率：2×10-15m2；⑩泊松比：0.28。

布孔方式以沿煤層走向30 m 為1 個(gè)瓦斯抽采單元。水力沖孔區(qū)域單列布置6 個(gè)鉆孔，沖孔水壓為8 MPa，沖孔出煤后鉆孔半徑為200 mm；2列沖孔孔洞間距為30 m，在2 排沖孔中間區(qū)域等距布置了2 個(gè)水力壓裂孔，孔徑為94 mm，壓裂水壓為24 MPa。

為了分析在抽采過(guò)程中的瓦斯運(yùn)移情況，分別選取抽采30、60、90、180 d 時(shí)的瓦斯壓力云圖進(jìn)行分析。抽采30、60、90、180 d 時(shí)的瓦斯壓力云圖分別如圖1～圖4。

圖1 抽采30 d 時(shí)的瓦斯壓力分布圖Fig.1 Gas pressure distribution of extraction at 30 d

圖3 抽采90 d 時(shí)的瓦斯壓力分布圖Fig.3 Gas pressure distribution of extraction at 90 d

圖4 抽采180 d 時(shí)的瓦斯壓力分布圖Fig.4 Gas pressure distribution of extraction at 180 d

可以看出：2 種工藝在抽采初期，抽采影響范圍基本呈圓形分布，不同梯度相同瓦斯壓力區(qū)域構(gòu)成同心圓；抽采時(shí)間為90 d 時(shí)，抽采影響范圍逐漸增大，同心圓面積擴(kuò)大，2 孔的抽采影響范圍開(kāi)始有重疊重合的跡象，由于壓力的疊加效應(yīng)以及兩孔之間的裂隙網(wǎng)更加發(fā)達(dá)等緣故，2 種工藝下的瓦斯抽采影響范圍都偏向于向2 孔的中心區(qū)域靠攏；抽采時(shí)間為180 d 時(shí)，瓦斯壓力進(jìn)一步下降，云圖中的顏色更加淺，抽采影響范圍邊界有著向裂隙的尖端進(jìn)行延伸的傾向。

對(duì)比2 種工藝下的抽采影響范圍發(fā)現(xiàn)：先沖后壓工藝下的影響范圍明顯大于先壓后沖，在相同抽采時(shí)間下，其煤層內(nèi)的瓦斯壓力更低，云圖顏色更淺；盡管圖中先壓后沖工藝下的裂隙貌似較多，但是先沖后壓工藝能夠造就更多的微觀裂隙，以更大的孔隙率表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)周?chē)后w造成的破壞更大，形成的裂隙網(wǎng)絡(luò)更加發(fā)達(dá)；除此之外，先沖后壓造成的裂隙寬度更大，為瓦斯流動(dòng)提供了更加通暢的運(yùn)移通道，瓦斯抽采的效率也隨之增大，瓦斯壓力下降更快，影響范圍更廣。

為了更為清楚的研究不同抽采時(shí)間下鉆孔周?chē)耐咚褂行в绊懓霃角闆r，按照河南省的相關(guān)文件規(guī)定，以0.6 MPa 瓦斯壓力作為抽采的有效影響半徑界定壓力，分析本次模擬瓦斯抽采有效影響區(qū)域。抽采30、60、90、180 d 時(shí)的有效抽采影響區(qū)域如圖5～圖8。

圖5 抽采30 d 時(shí)的有效抽采影響區(qū)域Fig.5 Effective extraction impact area of extraction at 30 d

圖6 抽采60 d 時(shí)的有效抽采影響區(qū)域Fig.6 Effective extraction impact area of extraction at 60 d

圖7 抽采90 d 時(shí)的有效抽采影響區(qū)域Fig.7 Effective extraction impact area of extraction at 90 d

圖8 抽采180 d 時(shí)的有效抽采影響區(qū)域Fig.8 Effective extraction impact area of extraction at 180 d

可以看出：在抽采前期，瓦斯抽采的有效區(qū)域以抽采孔為圓心緩慢擴(kuò)大，在抽采時(shí)間90 d 之前，其有效區(qū)域都不夠明顯，難以從圖中肉眼觀察出來(lái)；當(dāng)抽采實(shí)際達(dá)到90 d 時(shí)，有效抽采區(qū)域開(kāi)始逐步顯現(xiàn)，沿著裂隙方向延展；當(dāng)抽采時(shí)間達(dá)到180 d 時(shí)，先沖后壓情況下的兩孔有效影響區(qū)域發(fā)生了重合，且有向2 鉆孔中心區(qū)域靠攏的趨勢(shì)，整體上呈“∞”形分布，這是因?yàn)橛捎趬毫Φ寞B加效應(yīng)以及2 孔之間的裂隙網(wǎng)更加發(fā)達(dá)等緣故造成的，且其在水平方向上的最大抽采影響半徑大于在垂直方向上的最大抽采影響半徑，這恰是先沖后壓工藝下的裂隙更傾向于在水平方向上發(fā)展的緣故；而先壓后沖情況下的2 孔有效影響區(qū)域并沒(méi)有發(fā)生重合，但是仍然有向2 鉆孔中心區(qū)域靠攏的趨勢(shì)，且其有效影響區(qū)域是沿著水平與垂直裂隙的方向進(jìn)行擴(kuò)展的。2 種工藝下的瓦斯有效抽采影響區(qū)域面積的增大速率是上升的，這是由于隨著有效區(qū)域的擴(kuò)大，更多裂隙網(wǎng)被納入其中，相互貫通，進(jìn)一步提升了抽采速率。

通過(guò)比較2 種沖壓聯(lián)合增透技術(shù)的有效抽采影響區(qū)域和瓦斯壓力分布情況，現(xiàn)場(chǎng)井下采用先沖后壓水力聯(lián)合卸壓增透技術(shù)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。

3 現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)

3.1 鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)設(shè)備

自動(dòng)鉆機(jī)為ZYWL-4000SY 型煤礦用分體履帶式全液壓鉆機(jī)，鉆機(jī)主要由副車(chē)、操縱臺(tái)、遙控器、行走操作臺(tái)、履帶車(chē)、提升架、動(dòng)力頭、機(jī)械手、傳感器 總成、機(jī)架、對(duì)頂夾持器、提升架、鉆桿箱、錨固組件和鉆具等部分組成。該鉆機(jī)具有全自動(dòng)鉆進(jìn)、大容量鉆桿自動(dòng)裝卸、鉆孔姿態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制、鉆孔煤巖界面識(shí)別等功能。

水力沖壓聯(lián)合卸壓增透設(shè)備還包括沖壓聯(lián)合鉆機(jī)、高壓密封鉆桿、鉆頭、高壓旋轉(zhuǎn)水尾、高壓水泵、高壓膠管、高壓閘閥及耐高壓封孔器等。

臨時(shí)封孔器采用自主研發(fā)的礦用臨時(shí)封孔器，主要由中心管、密封件和控制閥門(mén)構(gòu)成。中心管由前端、中端和末端3 部分連接構(gòu)成。密封件主要由膨脹膠管和密封金屬件構(gòu)成?？刂崎y門(mén)主要由閥門(mén)、高壓膠管、管接頭和壓力表等構(gòu)成。中心管采用新型輕質(zhì)碳纖維材料，代替了傳統(tǒng)的鋼制管，大大降低封孔器自重，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。利用膨脹膠管的沖壓膨脹使其緊緊地固定在鉆孔壁上，卸壓時(shí)膨脹膠管在其自身韌性的作用下恢復(fù)原狀，取出封孔器，該封孔器可重復(fù)使用。

3.2 試驗(yàn)方案

鶴煤六礦3001 工作面內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，主采煤層為二1煤，平均煤厚8.78 m，煤層傾角27°～30°；工作面埋深602.04～692.12 m。工作面斜長(zhǎng)154.65 m，可采走向長(zhǎng)1 657.73 m，煤密度1.38 t/m3，煤層最大瓦斯含量為13.79 m3/t，瓦斯壓力為1.4～2.6 MPa，煤層有效抽采半徑為2.73 m；煤層透氣性系數(shù)為1.43～1.99 m2/(MPa2·d)，鉆孔流量衰減系數(shù)為0.019 2 d-1，屬可抽放煤層。

在3001 上底抽巷的82#～95#鉆場(chǎng)開(kāi)展鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式應(yīng)用試驗(yàn)，每個(gè)鉆場(chǎng)共2 排鉆孔，各鉆場(chǎng)鉆孔排間距為2.5 m，鉆孔間距0.5 m，每組鉆場(chǎng)16 個(gè)鉆孔。以壓裂半徑15～20 m 進(jìn)行壓裂單元設(shè)計(jì)及壓裂鉆孔布置。共布置2 個(gè)試驗(yàn)單元：①82#～88#鉆場(chǎng)為第1 試驗(yàn)單元，采用鉆沖協(xié)調(diào)作業(yè)方式進(jìn)行施工；②89#～95#鉆場(chǎng)為第2 試驗(yàn)單元，采用常規(guī)水力沖壓聯(lián)合卸壓增透作為考察對(duì)比單元，每個(gè)單元分別安裝1 套在線監(jiān)測(cè)計(jì)量?jī)x，對(duì)瓦斯抽采參數(shù)進(jìn)行考察。第1 試驗(yàn)單元以82#鉆場(chǎng)為起始，第2 試驗(yàn)單元以89#鉆場(chǎng)為起始，以壓裂控制范圍15 m 進(jìn)行布置，根據(jù)壓裂鉆場(chǎng)中鉆孔的終孔點(diǎn)間距，結(jié)合壓裂半徑的影響范圍，選擇85#、92#鉆場(chǎng)中的7#和15#鉆孔為壓裂鉆孔（2個(gè)試驗(yàn)單元共計(jì)4 個(gè)壓裂孔）。鉆孔布置示意圖如圖9，壓裂孔參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 壓裂孔參數(shù)表Table 1 Fracture hole parameters table

圖9 鉆孔布置示意圖Fig.9 Drill hole arrangement schematic

鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)工藝施工順序：在3001 上底抽巷內(nèi)30 m 鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)試驗(yàn)單元施工2 列水力沖孔鉆孔，經(jīng)過(guò)臨時(shí)抽采后，全部進(jìn)行沖孔；在2 列水力沖孔鉆孔中間施工2 個(gè)水力壓裂鉆孔，經(jīng)過(guò)臨時(shí)抽采后，進(jìn)行壓裂，然后再施工其余抽采鉆孔。

1）利用自動(dòng)鉆機(jī)群（4 臺(tái)自動(dòng)鉆機(jī)）施工82#、88#鉆場(chǎng)第1 列鉆孔（1#、3#、5#、7#、9#、11#、13#、15#），鉆孔施工完成后，自動(dòng)鉆機(jī)群不再進(jìn)行水力化措施作業(yè)，直接開(kāi)新孔施工。

2）對(duì)所施工的抽采鉆孔采用臨時(shí)封孔器進(jìn)行封孔連抽，同時(shí)，利用自動(dòng)鉆機(jī)施工85#鉆場(chǎng)7#、15#2 個(gè)水力壓裂鉆孔，距離原先施工的2 列水力沖孔鉆孔15 m。

3）臨時(shí)抽采一定時(shí)間（7 d）或瓦斯體積分?jǐn)?shù)小于20%后，取下臨時(shí)封孔器，利用水力沖壓聯(lián)合鉆機(jī)進(jìn)行水力沖孔作業(yè)（單孔出煤量暫按6～8 t 計(jì)），沖孔結(jié)束后及時(shí)連抽，作為卸壓通道。

4）對(duì)85#鉆場(chǎng)7#、15#2 個(gè)水力壓裂鉆孔進(jìn)行水力壓裂，水力壓裂施工結(jié)束后，按照設(shè)計(jì)采用自動(dòng)鉆機(jī)群施工85#鉆場(chǎng)及試驗(yàn)單元其他鉆場(chǎng)的其余鉆孔。

5）臨時(shí)抽采一定時(shí)間（7 d）或瓦斯體積分?jǐn)?shù)小于20%后，取下臨時(shí)封孔器，利用水力沖壓聯(lián)合鉆機(jī)進(jìn)行水力沖孔作業(yè)（單孔出煤量暫按6～8 t 計(jì)），沖孔結(jié)束后及時(shí)連抽。

3.3 試驗(yàn)過(guò)程

根據(jù)試驗(yàn)要求，結(jié)合礦上生產(chǎn)安排，在3001上底抽巷82#～88#鉆場(chǎng)實(shí)施第1 試驗(yàn)單元的試驗(yàn)場(chǎng)地，鉆孔設(shè)計(jì)深度21～68 m，傾角12°～85°，方位角109°～278°。于2022 年3 月1 日開(kāi)始施工鉆孔，至2022 年4 月15 日完成試驗(yàn)單元內(nèi)所有工序，共鉆孔112 個(gè)，終孔直徑均為94 mm，總進(jìn)尺為4 012.5 m。其中采用井下無(wú)線遙控器操作自動(dòng)鉆機(jī)施工3 個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔，共計(jì)48 個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺1 719 m；采用地面遠(yuǎn)距離控制模式控制4 臺(tái)自動(dòng)鉆機(jī)聯(lián)動(dòng)聯(lián)控施工4 個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔，共計(jì)64 個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺2 293.5 m。

1）試驗(yàn)前期，使用單臺(tái)自動(dòng)鉆機(jī)施工穿層瓦斯抽放孔，采用井下無(wú)線遙控器操作單臺(tái)自動(dòng)鉆機(jī)施工。鉆機(jī)鉆進(jìn)與退鉆均為全自動(dòng)施工，每臺(tái)鉆機(jī)每班只需配置1 人，進(jìn)行操作鉆機(jī)、添加鉆桿、記錄現(xiàn)場(chǎng)情況、除渣等工作。

2）試驗(yàn)中后期，使用自動(dòng)鉆機(jī)群（4 臺(tái)自動(dòng)鉆機(jī)）施工穿層瓦斯抽放孔，采用地面遠(yuǎn)距離控制模式控制4 臺(tái)自動(dòng)鉆機(jī)聯(lián)動(dòng)聯(lián)控進(jìn)行鉆孔施工，單班施工人數(shù)為3 人，其中地面1 人進(jìn)行操控鉆機(jī)，井下2 人進(jìn)行輔助作業(yè)。

3）試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)試驗(yàn)單元內(nèi)實(shí)施期間巷道瓦斯體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，施工期間相關(guān)地點(diǎn)無(wú)打鉆施工，因此以六礦3001 上底抽巷打鉆處瓦斯傳感器的數(shù)值作為分析參考依據(jù)。

水力強(qiáng)化前：3001 上底抽巷打鉆處瓦斯體積分?jǐn)?shù)在0.07%～0.13%之間波動(dòng)，取其平均值0.10%。

水力強(qiáng)化期間：3001 上底抽巷打鉆處瓦斯體積分?jǐn)?shù)在0.15%～0.21%之間波動(dòng)，平均值0.18%。

4 效果考察

4.1 施工工效考察

根據(jù)鶴煤六礦3001 上底抽巷2 個(gè)試驗(yàn)單元的施工考察情況，對(duì)2 種不同作業(yè)模式在施工過(guò)程中需要的作業(yè)人員數(shù)量、作業(yè)時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，鉆機(jī)施工過(guò)程中所用作業(yè)人員和作業(yè)時(shí)間對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 鉆機(jī)施工過(guò)程中所用作業(yè)人員和作業(yè)時(shí)間對(duì)比Table 2 Comparison of operators and operating time used in the construction process of the drilling rig

水力化措施期間風(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)：采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)模式回風(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)平均為0.18%；常規(guī)水力沖壓聯(lián)合作業(yè)模式回風(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)平均為0.30%。

完成試驗(yàn)單元所有工序所耗費(fèi)的時(shí)間：采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)模式試驗(yàn)耗時(shí)46 d；常規(guī)水力沖壓聯(lián)合作業(yè)模式試驗(yàn)耗時(shí)89 d。

從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中可以看出：

1）使用自動(dòng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，其自動(dòng)化程度高，采用井下無(wú)線遙控器操作單臺(tái)自動(dòng)鉆機(jī)施工，將單臺(tái)單班人數(shù)由3 人減至1 人，進(jìn)行操作鉆機(jī)、添加鉆桿、記錄現(xiàn)場(chǎng)情況、除渣等工作；采用地面遠(yuǎn)距離控制模式控制4 臺(tái)自動(dòng)鉆機(jī)聯(lián)動(dòng)聯(lián)控施工，4 臺(tái)鉆機(jī)將單班施工人數(shù)由12 人減至3 人，其中地面1 人進(jìn)行操控鉆機(jī)，井下2 人進(jìn)行輔助作業(yè)。減員效果和人均效率提升十分顯著，大幅減輕了井下瓦斯治理鉆孔的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了現(xiàn)場(chǎng)安全性。

2）采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式，實(shí)現(xiàn)了井下鉆孔施工、水力化措施施工的規(guī)?；⑦B續(xù)化：自動(dòng)鉆機(jī)群負(fù)責(zé)鉆孔施工，鉆孔施工完成后自動(dòng)鉆機(jī)群不再進(jìn)行水力化措施作業(yè)，直接開(kāi)新孔施工鉆孔；水力沖壓聯(lián)合鉆機(jī)負(fù)責(zé)水力沖孔、水力壓裂等水力化措施的施工，極大提高了工作效率。

3）采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式，抽采鉆孔施工完成后，對(duì)其進(jìn)行臨時(shí)抽采，使鉆孔內(nèi)的游離態(tài)瓦斯經(jīng)過(guò)抽采后大幅減少，降低了水力化措施施工期間巷道瓦斯超限事故發(fā)生的頻率，有效保障了施工的安全。

4）采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式完成試驗(yàn)單元內(nèi)所有工序用時(shí)46 d，采用常規(guī)水力沖壓作業(yè)模式完成試驗(yàn)單元內(nèi)所有工序用時(shí)89 d，使頂（底）板巖巷內(nèi)施工穿層鉆孔治理瓦斯的施工工效在同等地質(zhì)條件提高48%。

4.2 瓦斯抽采效果考察

為對(duì)比分析鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式和常規(guī)水力沖壓作業(yè)模式的瓦斯抽采效果，在鶴煤六礦3001 上底抽巷分別進(jìn)行了鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式、常規(guī)水力沖壓作業(yè)模式等煤層強(qiáng)化抽采試驗(yàn)。瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化曲線如圖10，瓦斯日抽采純量變化曲線圖如圖11。

圖10 瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.10 Variation curves of gas extraction concentration

圖11 瓦斯日抽采純量變化曲線圖Fig.11 Graph of the variation of the daily pure volume of gas extraction

連抽60 d 時(shí)段內(nèi)，采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)的試驗(yàn)單元平均瓦斯體積分?jǐn)?shù)為59.39%；而常規(guī)水力沖壓的試驗(yàn)單元鉆孔平均為45.32%。鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)試驗(yàn)單元的鉆孔平均瓦斯體積分?jǐn)?shù)是常規(guī)水力沖壓試驗(yàn)單元的1.31 倍。采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)試驗(yàn)單元的平均瓦斯日抽采純量為145.94 m3/d，而常規(guī)水力沖壓試驗(yàn)單元的鉆孔平均為81.31 m3/d；鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)試驗(yàn)單元鉆孔平均日抽采純量是常規(guī)水力沖壓試驗(yàn)單元的1.79 倍，鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)試驗(yàn)單元的瓦斯抽采純量較常規(guī)水力沖壓試驗(yàn)單元有了較大提高。

5 結(jié) 語(yǔ)

1）提出了以自動(dòng)鉆機(jī)群打鉆—臨時(shí)封孔預(yù)抽—水力沖壓聯(lián)合卸壓增透的鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式。自動(dòng)鉆機(jī)負(fù)責(zé)鉆孔施工，鉆孔施工完成后自動(dòng)鉆機(jī)不再進(jìn)行水力化措施作業(yè)，直接開(kāi)新孔施工鉆孔。水力沖壓聯(lián)合作業(yè)機(jī)負(fù)責(zé)水力化措施增透的施工。

2）鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)技術(shù)模式充分發(fā)揮了自動(dòng)鉆機(jī)群連續(xù)打鉆、快速作業(yè)、減員提效的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了井下鉆孔施工、水力化措施施工的規(guī)模化、連續(xù)化；使頂（底）板巖巷內(nèi)施工穿層鉆孔治理瓦斯的施工工效在同等地質(zhì)條件提高48%；抽采鉆孔施工完成后，對(duì)其進(jìn)行臨時(shí)抽采，使鉆孔內(nèi)的游離態(tài)瓦斯經(jīng)過(guò)抽采后大幅減少，降低了水力化措施施工期間巷道瓦斯超限事故發(fā)生的頻率，有效保障了施工的安全。

3）在鶴壁礦區(qū)六礦開(kāi)展工業(yè)試驗(yàn)，應(yīng)用效果顯著。鶴煤六礦采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)工藝的鉆孔平均瓦斯體積分?jǐn)?shù)是常規(guī)水力沖壓措施的1.31 倍，采用鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)工藝單元鉆孔平均日抽采純量是常規(guī)水力沖壓措施的1.79 倍，鉆沖壓協(xié)調(diào)作業(yè)工藝單元的抽采純量較常規(guī)水力沖壓?jiǎn)卧辛溯^大提高。