鶴煤集團(tuán)六礦水力沖孔卸壓增透消突技術(shù)應(yīng)用研究

摘 要:隨著采掘深度不斷增加，地應(yīng)力與瓦斯壓力不斷加大，煤炭開采的地質(zhì)條件和技術(shù)條件也日趨復(fù)雜，瓦斯災(zāi)害礦井的數(shù)目增多，解決礦井瓦斯災(zāi)害問題已經(jīng)迫在眉睫。對于無保護(hù)層開采的低透氣性煤層，通常在煤層底板(頂板)布置巖中巷，打穿層鉆孔預(yù)抽采掘工作面的瓦斯，起到消突的目的。

關(guān)鍵詞:水力沖孔 卸壓增透 防突措施

中圖分類號:TD82文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0079-01

隨著采掘深度不斷增加，地應(yīng)力與瓦斯壓力不斷加大，煤炭開采的地質(zhì)條件和技術(shù)條件也日趨復(fù)雜，瓦斯災(zāi)害礦井的數(shù)目增多，解決礦井瓦斯災(zāi)害問題已經(jīng)迫在眉睫。開采保護(hù)層是防治煤與瓦斯突出的區(qū)域性措施，也是最經(jīng)濟(jì)、最有效的手段。對于無保護(hù)層開采的低透氣性煤層，通常在煤層底板(頂板)布置巖中巷，打穿層鉆孔預(yù)抽采掘工作面的瓦斯，起到消突的目的。但是，由于煤層透氣性低，需要施工密集鉆孔，工程量大，抽放時(shí)間長，嚴(yán)重影響了礦井的采掘接替。為此，研究在單一低透氣性煤層快速區(qū)域性消突技術(shù)就顯得特別重要。鶴煤六礦礦為單一低透氣性煤層，采用水力沖孔卸壓增透區(qū)域消突技術(shù)，快速消除了工作面內(nèi)部的突出危險(xiǎn)性，這對其他無保護(hù)層開采的突出礦井具有一定的借鑒作用。

1 水力沖防突技術(shù)原理

水力沖孔防突措施是指為釋放突出煤層突出潛能，減小和消除突出危險(xiǎn)，利用壓力水沖刷煤體，激發(fā)噴孔，排出碎煤和瓦斯，釋放突出潛能以減少和消除突出危險(xiǎn)性的措施。在突出危險(xiǎn)煤層中沖出若干直徑較大的孔洞，造成孔兩幫和前方煤體充分卸壓，提高煤層瓦斯?jié)B透率，大幅度釋放瓦斯，從而達(dá)到消突防突的目的。

2 概況

六礦于1958年7月開始建井，1964年正式投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬噸/年，1995年經(jīng)改擴(kuò)建后生產(chǎn)能力為120萬噸/年，2006年核定生產(chǎn)能力為130萬噸/年，六礦自1970年9月25日第一次煤與瓦斯突出事故發(fā)生后被定為煤與瓦斯突出礦井，截至目前已發(fā)生33次突出，最大突出煤量約為400t，突出瓦斯量約50000m3。礦井瓦斯絕對涌出量為45.70m3/min，瓦斯相對涌出量為16.91m3/t。目前礦井實(shí)測的最大瓦斯含量為17.98m3/t(標(biāo)高-330m左右)，最高瓦斯壓力為1.6MPa(標(biāo)高-360m左右)，煤層透氣性系數(shù)為0.03～0.045md，鉆孔流量衰減系數(shù)為0.067d-1。

六礦為單一煤層開采的突出礦井，煤層透氣性差、原抽放鉆孔影響范圍小，嚴(yán)重影響了瓦斯抽放和防突效果。為此，開展穿層鉆孔水力沖孔試驗(yàn)。根據(jù)鶴煤六礦生產(chǎn)實(shí)際情況和工作需要，水力沖孔選試驗(yàn)在2145底板抽放巷進(jìn)行。對2145工作面下順槽進(jìn)行水力沖孔卸壓增透強(qiáng)化抽放區(qū)域防突技術(shù)研究。

2.1 2145工作面概況

2145工作面東300m為-600北大巷、西為21431、21432工作面和三水平輔助回風(fēng)巷、南90m、130m分別為三水平皮帶暗斜井、三水平軌道暗斜井，北為214采區(qū)皮帶下山，214采區(qū)專用回風(fēng)巷，三水平回風(fēng)暗斜井。工作面底板標(biāo)高-300～-380m。

2145工作面煤層走向13°、傾向103°、傾角25°，平均煤厚為8.39m。5工作面工業(yè)總儲量為146.32萬噸，可采儲量為127.16萬噸。

2.2 2145底抽巷概況

2145底板抽放巷巷道長度980m，巷道支護(hù)型式為錨網(wǎng)噴，斷面規(guī)格為3.6m×3.4m。2145底板抽放巷距煤層垂距為15～20m，距2145下順槽平距約為30m。2145底板抽放巷巖性為砂質(zhì)泥巖及灰?guī)r，巷道底板標(biāo)高為-280～-263m，埋深為523.4～565.5m。

3 水力沖孔方案

沖孔的主要工藝和參數(shù)如下:沖孔水壓初步選用10MPa，可通過試驗(yàn)最終確定，連接管采用內(nèi)徑φ32mm、耐壓32MPa高壓膠管將乳化液泵與鉆桿尾端連接。為防止連接處斷開，在連接處加固。流量按乳化液泵的額定流量，沖出煤量初步確定為0.5t/m以上。

沖孔前要先按預(yù)定孔徑(110mm)和角度(23°～25°)施工鉆孔，施工好后，沖孔可從外向里逐漸沖孔，沖孔后可從里向外再沖孔，采用邊進(jìn)邊退的方法，直至出清水，沖不出煤和瓦斯為止，為防止瓦斯?jié)舛葒?yán)重超限，可間歇式?jīng)_孔，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%時(shí)即停止沖孔，當(dāng)瓦斯?jié)舛冉档蜑?.8%以下后再開泵繼續(xù)沖孔。

施工順序:打鉆→判別煤層位置→沖整個煤段→返水變清→結(jié)束沖孔

打鉆:沖孔前要先按預(yù)定孔徑和角度施工鉆孔，詳細(xì)記錄鉆孔見煤和穿煤見巖的位置，以確認(rèn)鉆孔內(nèi)煤段位置。

沖孔:將噴嘴(鉆頭)送到見煤位置，設(shè)定泵壓在10MPa，開泵進(jìn)行水力沖孔，然后從外向里逐漸沖孔，同時(shí)轉(zhuǎn)動鉆桿，并退送鉆桿，以利于排渣，沖孔后可從里向外再沖孔，采用邊進(jìn)邊退的方法，直至出清水為止。為防止埋鉆和堵孔，可控制沖孔速度或間歇式?jīng)_孔，但大量出煤期間，不能停鉆，加鉆桿可乘出煤量較小，且返水量正常時(shí)進(jìn)行。發(fā)生堵孔時(shí)可停止供水，但不能停鉆，以利于排粉。

4 水力沖孔情況

1號鉆場沖孔情況

1號鉆場位于2145底抽巷二橫川內(nèi)，布置鉆孔1個，鉆孔終孔距2145下順槽(北頭)正前16m，孔徑110mm，孔深41m(巖26.75m，煤14.25m)。

7月2日8點(diǎn)班進(jìn)行沖孔試驗(yàn)，因響煤炮、噴孔等因素，水壓未達(dá)到要求(現(xiàn)場壓力表顯示6MPa)，沖至29m位置(20根鉆桿)時(shí)出現(xiàn)壓鉆桿現(xiàn)象，隨后起出鉆桿。7月3日8點(diǎn)、4點(diǎn)班和7月4日8點(diǎn)、4點(diǎn)班對該孔重新進(jìn)行沖孔，根據(jù)清煤量估算沖出煤量約為10t，沖孔水壓最大11MPa(泵壓)。

7月5日8點(diǎn)班將該孔用2寸半封孔管進(jìn)行封孔，用3寸鋼絲帶與主管連接帶抽。由于鉆孔內(nèi)出水量較大，經(jīng)采取加強(qiáng)放水措施后，于7月9日使用抽放參數(shù)快速測定儀測得該孔單孔濃度44.8％(實(shí)測38％)，負(fù)壓5.2Kpa，純量0.18m3/min;10日測定濃度45％，負(fù)壓5.85kpa，純量0.18m3/min;14日實(shí)測濃度40％。

以1號鉆場為例，其他鉆場同樣的方法對其它的鉆場進(jìn)行水力沖孔，然后帶抽。2010年7月水力沖孔前，2145下順槽(北頭)迎頭統(tǒng)尺為160m。沖孔前正常掘進(jìn)的月份共有5個月(2009年10月、11月，2010年1月、4月、10月)，共掘進(jìn)125.11m，平均月進(jìn)尺25.02m，預(yù)測(效檢)超標(biāo)率約為54.10%。

2145下順槽于2011年3月24日恢復(fù)掘進(jìn)后，截止到9月30日共預(yù)測(效檢)57次，超標(biāo)9次，共掘進(jìn)222.2m(根據(jù)水力沖孔時(shí)間安排以及接替計(jì)劃，有效掘進(jìn)時(shí)間為101天)，平均月單進(jìn)約為66m。

由此可見水力沖孔防突措施能夠釋放突出煤層突出潛能，減小和消除突出危險(xiǎn)，利用壓力水沖刷煤體，激發(fā)噴孔，排出碎煤和瓦斯，釋放突出潛能以減少和消除突出危險(xiǎn)性。在突出危險(xiǎn)煤層中沖出若干直徑較大的孔洞，造成孔兩幫和前方煤體充分卸壓，提高煤層瓦斯?jié)B透率，大幅度釋放瓦斯，確保了掘進(jìn)期間的安全，提高了進(jìn)尺，降低了開拓進(jìn)尺成本。