下向穿層鉆孔施工工藝研究

摘 要：文章以某煤礦保護層工作面鉆場施工K3b煤層穿層鉆孔為研究背景，研究了保護層工作面鉆場施工K3b煤層穿層下向鉆孔的施工工藝，并在鉆場施工了下向穿層鉆孔，有效地提高了鉆場鉆孔穿煤效果和減少了鉆孔施工時間，該施工工藝具有良好的實用性和廣闊的推廣前景。

關鍵詞：采礦工程；下向鉆孔；施工工藝

煤炭是我國主導能源，隨著礦井開采深度增加和開采強度增大，煤層瓦斯含量和地應力增大，突出危險程度更為嚴重，伴隨有災害強度大，防治困難和災害損失嚴重等特點[1-5]。根據《防治煤與瓦斯突出規定》，瓦斯抽采是解決煤與瓦斯突出等動力災害事故的根本措施，對于降低瓦斯壓力、消除煤與瓦斯突出等動力災害有著十分重要的作用，穿層鉆孔瓦斯抽采技術是通過在距離煤層頂板或底板一定距離的穩定巖層中，超前煤層掘進巷道施工一條巖層巷道，并通過該巷道向煤層掘進巷道周圍煤體中施工穿層抽采鉆孔，經過一定時間的預抽，降低直至消除掘進工作面前方的煤與瓦斯突出危險性，形成巖巷掩護煤巷掘進的安全防突格局。隨著西南某煤礦進入深部水平開采，原有部分運輸巷鉆場K3b煤層穿層孔由于孔深超過100m，運輸巷施工穿煤困難，為此在該礦保護層工作面回風巷鉆場進行K3b煤層穿層下向孔現場試驗，有效的提高了鉆場鉆孔穿煤效果和減少了鉆孔施工時間。

1 實驗區概況

K3b煤層穿層下向鉆孔試驗地點選擇在2224-2采面回風巷鉆場，2224-2采面位于+100m水平二采區北翼+175m～+240m階段N6#～N4#石門之間，北為礦井井田邊界，南為2224-1采面（未布置），東為2222-2采面（正在回采），西為2226-2采面（未布置），工作面走向長664m，傾斜長100～111m，煤層厚度0.67～0.8m，平均0.72m，煤層傾角33～35°。

2 現有鉆孔布置方式存在的問題

保護層工作面抽采K3b煤層瓦斯的抽采鉆孔布置在工作面運、回風巷鉆場，目前鉆孔布孔方式為在工作面運輸巷施工反向孔和正向孔，控制工作面回風巷高程以下至運輸巷卸壓范圍，在工作面回風巷施工正向孔和反向孔，控制工作面回風巷高程以上至回風巷卸壓范圍，圖1為保護層工作面運輸巷鉆場反向孔與回風巷鉆場下向孔對比圖。

由圖1可以看出，現有鉆場鉆孔布孔方式主要存在以下問題：

（1）在工作面運輸巷鉆場施工反向孔控制工作面回風巷高程以下25m范圍，鉆孔與K3b煤層交角在16°以下，根據鉆孔施工情況，鉆孔與煤層交角小于18°鉆孔穿煤困難，多數鉆孔在穿煤前便沿煤層底板粘土泥巖鉆進，無法穿過煤層底板進入K3b煤層。

（2）工作面運輸巷鉆場控制工作面回風巷高程以下25m范圍的反向孔，鉆孔深度在70m以上，最深達100m左右，由于鉆孔需過硬巖，鉆孔施工困難，如在2222-1運輸巷鉆場施工深度在90m左右的反向孔，施工時間過長，嚴重制約鉆場施工。

而在工作面回風巷鉆場施工下向孔，鉆孔深度在50m以內，鉆孔與煤層交角大于20°，可有效地解決以上兩個問題。

3 下向穿層鉆孔試驗施工情況

試驗在2224-2采面回風巷14#高位鉆場和12#、13#淺鉆場進行，共計施工26個下向穿層鉆孔，鉆孔進尺938.36m。其中14#高位鉆場施工下向鉆孔11個，鉆孔傾角為-8～-13°，鉆孔深18～36m；13#淺鉆場施工下向鉆孔7個，鉆孔傾角為-6～-20°，鉆孔深28～76m，在此鉆場施工了大傾角下向試驗鉆孔，鉆孔傾角-20°，孔深達76.96m，穿煤1.9m；12#淺鉆場施工下向鉆孔8個，鉆孔傾角為-6～-20°，鉆孔深28～59m。為防止下向鉆孔積水，在施工時將鉆場積水清理干凈，且每個鉆孔施工完成均立即用馬麗散進行封堵。

4 試驗結果分析

4.1 下向鉆孔鉆進效果分析

下向鉆孔鉆進速度采用硬質合金鉆頭鉆進普通巖石時速度在5～10min/根，采用胎體復合片鉆頭鉆進時硬巖時速度在15～20min/根，鉆進速度與施工K3b煤層穿層正向孔時相差不大，通過試驗表明，鉆孔傾角-20°時，可達到鉆進鉆孔深77m左右，且每個下向孔均能穿K3b煤層1m左右，鉆孔成孔率達100%，能夠滿足該煤礦K3b煤層瓦斯抽采鉆孔施工的需要。

4.2 下向鉆孔施工的優點

4.2.1 由于運輸巷鉆場第1～2排反向孔孔深均在80m左右，而將運輸巷這2排反向孔控制范圍移至回風巷鉆場施工，孔深在30～50m左右，在控制K3b煤層范圍和抽采半徑不變的情況下，可有效地減少工作面K3b煤層穿層孔鉆孔進尺。

4.2.2 由于運輸巷鉆場第1～2排反向孔孔深均在80m左右，鉆孔傾角在60°以下，鉆孔穿煤交角在16°以下，造成鉆孔在進入K3b煤層底板粘土泥巖后，沿著煤層底板鉆進，鉆孔無法進入K3b煤層，鉆孔穿煤困難。而采用回風巷施工下向孔后，由于鉆孔孔深在50m以下，鉆孔穿煤交角在20°以上，能夠保證鉆孔穿煤效果。

4.3 下向鉆孔施工的缺點

4.3.1 由于采用下向鉆孔，在該礦目前施鉆條件下，只能采用壓風排粉，鉆孔施工過程中鉆頭溫度較高，容易損壞鉆頭，且粉塵較大，不利于員工勞動保護；

4.3.2 下向鉆孔在施工過程中不得有水進入，否則影響鉆孔抽采效果，故對鉆場要求不得積水，且如果遇地質變化鉆孔內出現水時鉆孔無法保證抽采效果。

5 結論和建議

5.1 通過下向穿層鉆孔試驗表明，采用現有ZYG150C型鉆機和鉆具的條件下，使用壓風排粉可施工傾角在-20°左右，孔深75m左右的下向孔，且鉆進時間與施工正向孔相差不大。

5.2 在傾斜煤層保護層工作面回風巷施工K3b煤層穿層下向鉆孔，可提高鉆孔穿煤效果，減少運輸巷鉆場施工反向深孔，在控制K3b煤層抽采范圍和抽采半徑不變的條件下，有效地減少了工作面鉆孔進尺，可在該煤礦+100m水平二采區和-300m水平各采區保護層工作面鉆場抽采鉆孔設計時推廣應用。

參考文獻

[1]林柏泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，1998.

[2]柏發松.煤巷掘進瓦斯治理技術探討[J].礦業安全與環保，2000，27（S）：42-44.

[3]國家安全生產監督管理局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[M].北京：煤炭工業出版社，2006.

[4]國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出規定[M].北京：煤炭工業出版社，2009.

[5]龐才龍.高瓦斯煤層中掘進瓦斯治理技術[J].煤炭技術，2011，30（3）：116-118.

作者簡介：王京生（1986-），男，山東人，副主任工程師，主要從事采礦工程方面的工作。