“兩堵一注”封孔配套下篩管工藝抽采技術研究

王建彬

(山西晉煤集團 沁水胡底煤業有限公司，山西 晉城048214)

1 主輔運迎頭鉆孔施工地點瓦斯地質條件

胡底礦井為煤與瓦斯突出礦井，主采3#煤層，屬不易自燃煤層，煤塵無爆炸危險性［3］。主輔運迎頭揭煤位置處在背斜一翼，主運迎頭剛過DF 主運1 H=2 m∠80°斷層，標高+187 m，輔運迎頭預計5 m 揭露DF 主運1 斷層，標高+179 m，如圖1所示。主輔運迎頭揭煤區域實測原始瓦斯含量最大為17 m3/t，3#煤層透氣性系數為13.03 -21.30 m2/(MPa2·d)，3#煤層堅固性系數f 值為0.65 -0.77。

圖1 胡底礦井

2 主輔運迎頭鉆孔對比分析

2.1 主輔運迎頭鉆孔抽采效果分析

表1 主運迎頭鉆孔抽采效果分析

表2 輔運迎頭鉆孔抽采效果分析

類型 施工時間 總孔數 總進尺 成孔數 成孔進尺 成孔煤孔進尺 成孔率 煤孔進尺率 百米鉆孔流量普通鉆孔 10.21～11.27 107 6 208 98 5 198 1757 91.5% 28.3%—下篩管孔 10.21～11.27 27 1 657 27 1 657 478 100% 28.8%—134 7 865 125 6 588 2 235 93.28% 28.4% 0.098合計 —

從鉆孔工程量來看，根據主輔運揭煤鉆孔布置圖可知，其鉆孔掩護范圍比值關系為4 ∶5，由于主輔運迎頭均位于3#煤層底板法距7m 外，具有可比性。對比分析可知:單位抽采范圍內主運布置鉆孔總進尺比值為78765 ÷4:20497.5 ÷5 =1:2.08，即主運每掩護1 m2煤層所需的鉆孔量是輔運的2 倍。

從鉆孔抽采效果來看，輔運迎頭煤孔百米鉆孔流量為0.098 m3/(min·hm)，主運迎頭面米鉆孔流量為0. 035 m3/(min·hm)，即輔運迎頭百米鉆孔流量是主運迎頭百米鉆孔流量的2.8 倍。

2.2 影響主運鉆孔抽采效果的原因

主運鉆孔抽采效果不好的原因有以下幾方面:一是原始瓦斯含量大，鉆孔內易突出。二是鉆孔設計過密，易穿孔。三是鉆孔布置點剛過斷層，且受爆破破巖工藝影響，巖體破碎，易塌孔。四是鉆孔聚氨脂封孔工藝不合理，長度不足。

3 主要采取的措施

3.1 提高開孔段巖層整體強度

為提高開孔段巖層整體性和強度，提高抽采效果，主要采取了以下措施。一是鉆孔布置面按3 000 mm×3 000 mm 間距布置73 000 mm 的錨索，噴漿100 mm，強度C20，巷道支護方面確保開孔段巖層穩定;二是鉆孔布置面預注漿，采用風動注漿泵注水泥砂漿，水灰比0.8 -1，注漿壓力約為0.4 MPa，提高封孔段巖層氣密性，單孔水泥注漿50 kg 左右。

3.2 優化鉆孔設計，減少穿孔

為解決鉆孔穿孔現象過多的問題，主要采取了以下措施:一是增大鉆孔開孔間距，由原先300 mm 左右鉆孔間距增大至500 mm 間距以上。二是合理組織鉆孔施工順序，在設計中明確鉆孔施工順序，現場標定開孔點，有序施工，減少穿孔現象的發生。

3.3 試用篩管新工藝，防止孔內塌孔，提高抽采效果

3.3.1 篩管施工工藝

鉆孔成孔后，全孔下入帶有篩眼的抗靜電阻燃聚氯乙烯管(以下簡稱PVC 管)，作為護壁管和瓦斯抽采通道，既解決了塌孔問題，又不影響瓦斯逸出。其工藝流程為:使用φ94 可脫芯鉆頭+φ73/63.5 mm 大通孔鉆進至設計孔深，此時下入帶有懸掛裝置的PVC 管并將鉆頭鎖芯頂開，PVC 管及懸掛裝置通過鉆頭，連接于PVC 管上的懸掛裝置打開，并牢固地卡于孔壁上，提出鉆桿而PVC 護壁管留在孔內。

下PVC 管護壁技術可分為兩大部分:①將PVC 管下至鉆頭處，頂開鉆頭鎖芯并穿過。②連接在PVC 管上的孔底懸掛打開并固定在孔壁上。

3.3.2 下篩管鉆孔抽采效果分析

輔運迎頭共試驗下篩管鉆孔27 個，總進尺1 657 m，煤孔進尺478m，煤孔率28.8%。試驗過程中，部分鉆孔出現穿孔或封孔質量問題導致鉆孔濃度與抽氣量較低，對比數據選取4 個(3#、7#、17#、25#)有代表性鉆孔進行分析。

3#鉆孔:傾角28°，方位角90°，1 -22 m 矸-32 m 煤-46 m矸。衰減系數為0.020 4 d-1。

7#鉆孔:傾角14°，方位角90°，1 -24 m 矸-37.5 m 煤-50 m矸。衰減系數為0.036 d-1。

17#鉆孔:傾角-1°，方位角90°，1 -48 m 矸-65 m 煤-71 m 矸。衰減系數為0.014 7 d-1。

25#鉆孔:傾角2°，方位角90°，1 -24 m 矸-54 m 煤-63 m矸。衰減系數為0.033 6 d-1。

與沈陽煤科院測定鉆孔瓦斯衰減系數0.034 d-1對比分析，7#、25#鉆孔達到了最好抽采效果;而3#、17#孔則較差。

3.4 改變封孔工藝，提高抽采效果

聚氯脂封孔具有方便、快捷、易操作等特點，但存在封孔距離短、遇水易收縮漏氣等問題。為提高抽采效果，采用“兩堵一注”封孔工藝。其主要優點為:一是提高了鉆孔封孔長度，達到了5 m;二是提高了鉆孔封孔段巖體氣密性，高壓注漿有利于孔口巖層裂隙的注漿封堵，且不受水的影響。

4 結語

在采取優化鉆孔設計，減小穿孔;提高開孔段巖體強度，試用篩管新工藝，防止孔內塌孔，推廣使用“兩堵一注”封孔法后，能有效提高上行穿層鉆孔的瓦斯抽采效果和減少鉆孔工程量。但兩者在提高抽采效果所占的比重無法計算。

5 存在的問題及建議

5.1 存在的問題

孔口漏氣現象仍較普遍。主要原因有兩方面:一是注漿質量將爆破裂隙充分注實，5 m 封孔段以里仍有裂隙導通;二是封孔質量不合格，有竄漿現象。在提高孔口負壓至13 kPa 的情況下，濃度全部下降至10%以下。篩管尾部與DN50PVC 封孔管重疊段無封堵措施，篩管僅能起到護孔作用，無法保證負壓作用于有孔段。在鉆孔施工初期，原始瓦斯壓力尚未釋放前，鉆孔投抽后塌孔現象嚴重，篩管能起到護孔作用;但在原始壓力釋放后，鉆孔投抽后基本不塌孔，下篩管浪費材料，投入高。

5.2 建議

進一步提高封孔段巖體整體性，繼續推廣使用表皮注漿配合深孔注漿的工藝，徹底解決巖體漏氣問題。增大封孔長度至8～10 m 以上，確保鉆孔在高負壓下抽采。根據瓦斯地質條件變化情況和鉆孔施工順序，選擇性地使用篩管。

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

［2］ 俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1990.

［3］ 田富超.寺河礦西井區3 號煤層瓦斯突出預測指標研究［D］. 焦作:河南理工大學，2010.

［4］ 郭昆明，肖麗輝，馮大鈞，等. 新型瓦斯抽采鉆孔設備及下放篩管技術研究［J］.煤炭工程，2014(1):50 -53.

［5］ 肖麗輝，李彥明，郭昆明，等.松軟突出煤層全孔段下放篩管瓦斯抽采技術研究［J］.煤炭科學技術，2014(7):61-64.