平煤十二礦己15—17200底抽巷水力沖孔技術實踐

摘 要：介紹了底板巖巷穿層鉆孔和水力沖孔消突技術的施工工藝、分析研究了水力沖孔消突技術的效果，采用水力沖孔區域消突措施，可有效的消除突出應力，大幅度的增加煤層的透氣性，提高煤層的瓦斯抽放效果，保障了工作面的安全高效回采。

關鍵詞：水力沖孔 消突 抽放效果

中圖分類號：TD712文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（b）-0107-02

平煤股份十二礦為嚴重的煤與瓦斯突出礦井，目前主采己15煤層，煤層瓦斯含量大，透氣性低。深孔預裂爆破、邊采邊抽、高抽巷抽采、底板鉆孔抽采等瓦斯治理技術是十二礦的主要區域瓦斯治理措施。但由于煤層透氣性低，抽放濃度低、持續時間短、有效鉆孔率低，使煤層瓦斯區域預抽效果不理想。水力沖孔是一種有效的煤層增透技術，它是使用高壓水沖擊煤體誘導可控的突出并沖出大量煤體，從而有效地消除突出應力、釋放大量瓦斯，大幅度提高煤層透氣性[1]。

1 水力沖孔的機理

水力沖孔是利用噴孔作用，人為控制噴孔強度的一種突出潛能可控的方法，其主要的核心技術在于鉆孔的位置和影響范圍[2]。水力沖孔的作用主要體現在以下三方面：利用高壓水的沖擊能力，沖出大量煤體，形成一大直徑的孔洞，與此同時，孔道周圍煤體向孔道方向發生大幅度的移動，造成煤體的膨脹變形和頂底板間的相向位移，引起在孔道影響范圍內地應力降低、煤層得到充分卸壓和排放，大幅度的釋放了煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能，提高了抽放效果，濕潤煤體，使煤體減少脆性，增加了煤體塑性，降低煤體彈性勢能。另外，濕潤煤體后，可降低煤體中瓦斯的解吸速度，減小瓦斯膨脹能[3][4]。

2 工作面概況

己15-17200采面位于十二礦己七采區下部，走向長920m，切眼斜長225m，煤厚3～3.5m，煤層傾角10～40°。標高-505～-595m，垂深675～785m。

己15—17200L1灰底板抽采巷走向長度1037.2m，垂深723～755m，該巷道為矩形斷面，采用“錨網索﹢M鋼帶”聯合支護，規格：凈寬×凈高=4.6m×3.2m。己15-17200回風巷施工本煤層鉆孔70m、己15-17200進風巷施工本煤層鉆孔120m，中間還剩余36米空白帶沒有治理。在己15-17200采面投產前，為保證有足夠的抽采時間和瓦斯治理不留有空白帶，從己15-17200L1灰底板抽采巷向己15-17200采面空白帶施工穿層抽放鉆孔。2012年2月在十二礦己15—17200L1灰底板抽采巷進行了水力沖孔增透消突實驗，結果表明：水力沖孔過后有效提高了煤層的透氣性，提高了鉆孔瓦斯抽采濃度和抽放量，達到了區域消突的目的。

3 水力沖孔工藝

3.1 鉆孔布置

水力沖孔范圍：己15-17200采面切眼向外50～300m范圍。鉆孔設計25組，每組2個鉆孔，組間距10m。1號孔，水平角-35°，傾角0°；2號孔，水平角68°，傾角0°，孔深均以見己15煤層頂板0.5m為準。每個鉆孔沖出3噸煤量，判定沖孔成功（如圖1）。

3.2 沖孔工藝

1）沖孔設備：

采用BRW400/31.5型煤礦用乳化液泵，工作壓力31.5MPa，流量400L/min，連接管路使用耐壓強度不低于35MPa的高壓膠管。

2）工藝

施工鉆孔→退孔→順專用鉆桿→確定鉆機處進液閥關閉→開泵供水→從己15煤底板處開始以前進方式水力沖孔→關閉進液閥→拉順鉆桿→檢查確定孔內專用鉆桿沒有堵孔→接卸專用鉆桿→重復以上工序直至專用鉆桿至己15煤頂板處為止→水力沖孔以沖出煤粉3t標志水力沖孔成功→通知泵站司機停泵→停鉆→關閉進液閥→待液壓表壓力為0MPa→檢查確定無誤后方可退孔。

3）封孔與合茬：水力沖孔結束后，立即使用水泥砂漿封孔，封孔長度為8m，鉆孔用鋼絲軟管與直徑75mm的永久抽采管路相連接抽采（如圖2）。

4 效果分析

（1）沖出煤分析

水力沖孔形成煤層孔洞的大小直接影響到煤層透氣性的增加程度，孔洞越大卸壓效果越好，透氣性增幅越大[5]。己15-17200底抽巷從2012年2月4日截至2012年2月22日，共沖孔49個，沖出煤量171.5t，平均沖出煤量3.5t，密度為1.31t/m3，煤孔長3m，孔徑為75mm，按此計算，相當于通過水力沖孔把孔徑由75mm擴至1068mm，擴孔倍數為14.23倍。

（2）鉆孔抽采濃度分析

水力沖孔后，鉆孔內瓦斯釋放空間越大，在煤層中的控制范圍就越大，而鉆孔內涌出的瓦斯就會越大。由圖5可知，沖孔前瓦斯抽采濃度分數為0.5%～100%，平均26.6%，沖孔后的體積分數為20%～100%，平均84.4%；瓦斯濃度增加最多的是12-2號孔，由沖孔前的0.5%增至沖孔后的20%，增加了40倍。平均抽采體積分數由沖孔前的26.6%增至沖孔后的84.4%，增加了3.17倍。由圖可知，沖孔前周邊鉆孔瓦斯抽采體積分數為0%～54%，平均17.0%，沖孔后的濃度為2%～97%，平均36.6%，增加了2.15倍。

（3）沖孔期間瓦斯抽放效果分析

從2012年2月4日至2012年2月22日，己15-17200底抽巷一直在進行水力沖孔，從圖4可知，隨著水力沖孔的進行，抽放量在增大，到2月26日以后出現下降，之后趨于平穩，這是因為隨著水力沖孔的進行，煤層得到卸壓，裂隙貫通，使煤層的透氣性增大，促進瓦斯解吸，當煤層中的游離瓦斯大量釋放以后，煤中的吸附瓦斯由于受溫度和壓力等的影響，不像游離瓦斯那樣容易釋放，故而出現了之后的平穩。

（4）殘余瓦斯含量、殘余瓦斯壓力變化

水力沖孔前各項指標顯示己15煤為嚴重突出煤層，而采取水力沖孔措施后，各項指標均降到臨界值之下，這是由于水力沖孔沖出了大量的煤和瓦斯，水力沖孔控制范圍內的煤體應力降低，周圍煤體充分卸壓，大幅度的提高了煤體強度。煤層瓦斯含量和壓力急劇下降，煤層殘存瓦斯壓力由原來的1.55MPa降為0.68MPa，殘存瓦斯含量由原來的10.45m3/t降為5.45m3/t，有效地預防和消除了工作面的煤與瓦斯突出危險的可能性。

5 結語

（1）水力沖孔措施工藝簡單，施工安全，技術可行，且濕潤了煤壁，降低了掘進過程中工作面粉塵濃度，改善了工作環境。

（2）采用水力沖孔措施，煤體的應力梯度下降，在釋放應力的同時引起煤層透氣性大幅度增加，瓦斯得到釋放，瓦斯壓力梯度大幅度下降，消除了激發突出的應力和瓦斯條件，且增大了煤體抑制突出的阻力，起到了很好的綜合防突作用。

參考文獻

[1]李國旗，毛振彬，任培良.底板巷水力沖孔快速消突技術在李溝礦的應用[J].煤炭科學技術，2009（7）.

[2]劉軍.水力擠出措施合理注水壓力研究[D].焦作：河南理工大學，2005.

[3]王兆豐，范迎春，李世生.水力沖孔技術在松軟低透突出煤層中的應用[J].煤炭科學技術，2012（2）.

[4]王永安，朱云輝.礦井瓦斯防治[M].北京：煤炭工業出版社，2007.

[5]朱振，杜潤魁，蘭發林.底板巖巷穿層鉆孔和水力沖孔消突技術試驗研究[J].能源技術與管理，2012（2）.