某礦井穿層鉆孔水力強化增透技術研究

張艷利

摘 ?要：某礦井地質構造復雜，瓦斯含量大、壓力高，煤層透氣性差，鉆孔容易塌孔，抽采效果不佳，為提高煤層透氣性，有效提高瓦斯抽采效果，對水力強化增透技術進行研究，為新河礦井瓦斯治理提供新的途徑。

關鍵詞：水力強化;增透;瓦斯抽采

一、礦井概況

某礦井設計規模60萬t/a，設計1個采區，1個工作面。地勘和目前建井期間，測得二1煤層瓦斯鉆孔試樣17個，瓦斯含量為1.47～27.86 m3/t，瓦斯壓力達到2.6～3.05 MPa，屬煤與瓦斯突出礦井。

二、水力強化試驗點介紹

根據項目研究安排，水力強化增透試驗點主要分為三個方面，一是工作面上下車場石門水力強化快速揭煤，二是工作面下頂抽巷穿層鉆孔水力強化抽采工作面運輸順槽條帶瓦斯，三是工作面上頂抽巷圍巖抽采層鉆孔水力強化抽采工作面回風順槽條帶瓦斯。

本文重點對工作面下頂抽4號鉆場水力強化增透技術進行研究分析，4號鉆場共實施兩個水力強化鉆孔，鉆孔編號為XH12091XD04C01和XH12091XD04C01，鉆孔參數如表1。

表1 ?4號鉆場水力強化鉆孔施工參數

三、水力強化過程及分析

4號鉆場XH12091XD04C01鉆孔共進行了4次水力強化作業，12091C4-2鉆孔進行了1次水力強化作業。4號鉆場2個鉆孔水力強化作業過程見表2。

表2 ?12091下抽巷4號鉆場水力強化作業過程情況表

XH12091XD04C01鉆孔于2011年10月25日、2011年11月11日和2011年11月20日3次吞吐壓裂主要是在煤層中多裂縫體系和較長的裂縫，后期在3號鉆場打鉆和5號鉆場卸壓裂縫說明了這3次壓裂的影響范圍比較大，超過20 m。XH12091XD04C02鉆孔于2011月11月21日沖洗卸壓，在5號鉆場沖出大量煤，造成下抽巷瓦斯超過4分，持續時間達3天以上，共涌出瓦斯約為11900 m2。2012年2月23日再次對XH12091XD04C01鉆孔進行水力強化作業，將3號、4號、5號鉆場范圍內的裂縫中的煤粉進一步沖洗，增加透氣性。

從鉆孔分布圖可以估算出流量在0.5 m？/min時，管路摩阻約2 MPa，破裂壓力約為18MPa，裂縫延伸壓力約為15.5MPa，煤體抗拉強度約為2.5 MPa。

四、水力強化效果分析

為了考查水力強化效果，2號鉆場作為參照鉆場，設計施工并連抽了32個鉆孔，不進行水力強化。

（一）水力強化影響范圍。根據水力強化時相鄰巷道出水、出煤點以及抽采瓦斯的效果判斷，4號鉆場水力強化影響范圍為包括3號、4號、5號鉆場。

（二）日抽采瓦斯純量和濃度對比。4號鉆場XH12091

XD04C01水力強化鉆孔與2號鉆場32個鉆孔分別于2011年12月22日和2012年1月2日開始連抽，截止2012年3月24日，分別連續抽采91和80天，水力強化鉆孔平均日抽采純量是2號鉆場平均單孔日抽采純量的4.3倍，水力強化鉆孔平均抽采濃度是2號鉆場平均抽采濃度的2.4倍，4號鉆場水力強化鉆孔與2號鉆場平均單孔日抽采量、濃度曲線如圖1所示。

圖1 ?4號鉆場水力強化鉆孔與2號鉆場平均單孔日抽采量、濃度曲線

結論：4號鉆場鉆孔經過水力強化增透試驗實施后，煤體得到較大程度泄壓，煤體應力梯度下降，煤層透氣性大大增加，

4號鉆場鉆孔抽采濃度和抽采純量較2號鉆場未強化鉆孔有了大幅度的提高，表明水力強化增透措施在增強煤層透氣性、提高瓦斯抽采效果方面具有很好的效果，具有較高的推廣價值。

參考文獻：

[1] 辛新平，高建良，馬耕等. 穿層孔吞吐壓裂水力強化抽采技術研究及應用 [J] .采礦與安全工程學報， 2014， 6： 24- 27.

[2] 劉明舉，孔留安，郝富昌等. 水力沖孔技術在嚴重突出煤層中的應用[J] . 煤炭學報， 2005， 30（ 4）： 11- 14.