單一低透氣性松軟突出煤層人工強化卸壓增透瓦斯治理技術

余加正

（國投河南新能開發有限公司，河南 鄭州 451100）

單一低透氣性松軟突出煤層人工強化卸壓增透瓦斯治理技術

余加正

（國投河南新能開發有限公司，河南 鄭州 451100）

單一高瓦斯煤層的開采往往伴隨著大量瓦斯涌出，嚴重威脅到礦井安全生產。本文分析王行莊煤礦采用的水力射流措施，使鉆孔內煤體在水力射流的作用下可控的從鉆孔排出，擴大單個鉆孔的有效影響半徑，利用煤體的流變作用，連通各鉆孔，在煤層內部形成保護層，轉移區域煤層地應力，同時進一步擴大卸壓區域，達到整體卸壓增透。

水力射流；割縫；提效

國投河南新能開發有限公司王行莊煤礦主采煤層為單一高瓦斯低透氣性松軟煤層，煤層f值為0.12～0.2之間，煤層瓦斯含量較高，透氣性較差，瓦斯抽采效果不理想。煤體多以粉狀為主，屬于典型的高瓦斯、低透氣性煤層。現提出建立單一高瓦斯低透氣性煤層人工強化卸壓增透瓦斯治理技術。通過水力射流，使鉆孔內煤體在水力射流的作用下可控的從鉆孔排出，擴大單個鉆孔的有效影響半徑。利用煤體的流變作用，連通各鉆孔，在煤層內部形成保護層，轉移煤層地應力，進一步擴大卸壓區域，達到整體卸壓增透，更大范圍的提高煤體透氣性，提高瓦斯抽采效果。目前，工作面增透卸壓措施主要有：深孔注水、水力沖孔、深孔松動爆破、水力割縫等。

一、技術方案

（一）王行莊煤礦基本參數測定。

為了對水力射流技術進行充分考察，設計在11091底抽巷布置鉆孔，測定煤層瓦斯壓力、取樣測定原始煤層瓦斯含量，原始煤層透氣性系數及工業分析；測定透氣性系數鉆孔完成后，繼續測定煤層瓦斯壓力等參數。水力射流完成預抽一定周期后，繼續測定該處煤層透氣性系數，煤層瓦斯含量等參數。作為措施實施前后效果對比指標。同時在底抽巷內選取一列穿層鉆孔實施水力沖孔措施，沖孔后進行聯網抽采，抽采效果與水力射流鉆孔進行對比分析。

（二）水力射流鉆孔設計。

在11091底抽巷施工穿層割縫鉆孔，每列布置7個鉆孔，列間距為5m，鉆孔直徑94mm，排間距0.4m，其中中間一個鉆孔布置在煤層巷道中部。

（三）割縫鉆孔施工流程。

1.現場施工時，先利用巖石鉆頭進行巖石段的鉆孔打鉆至煤層頂板，退出鉆桿換上水力割縫鉆頭繼續鉆進到煤層頂板位置后退鉆水力割縫。2.當執行水力割縫措施時，采用進鉆割縫方案。每一根鉆桿割縫時間為20min左右，根據現場情況，壓力保持在10-15MPa之間。3.在升高壓力對煤體割縫之前，應保證鉆機旋轉，以防止割縫產生的大量煤粉堵塞鉆孔而造成抱鉆。4.每割縫完成一根鉆桿后，應先調節安全控制器將管路壓力降到0MPa，并關閉進水辮管路上的球閥，確保管路中沒有水流過，才能進行拆卸鉆桿作業。嚴禁管路中有高壓水時進行鉆桿拆卸作業，嚴禁管路沒有連接好之前給管路升壓。5.每次水力割縫時，在鉆進鉆桿時，要保證鉆桿清洗一遍，保證鉆桿內部沒有顆粒狀的煤體，防止堵塞噴嘴。6.每列7個鉆孔全部割縫結束后，再逐個注漿封孔。

（四）水力沖孔流程。

1.穿層鉆孔施工到設計深度后，使用正常鉆進鉆頭加大壓力到10MPa，對煤孔段進行沖孔，對沖出煤量進行統計。2.水力沖孔在退鉆桿過程中進行，每根鉆桿沖孔20min。3.所設計水力沖孔鉆孔全部沖孔完畢后，注漿封孔。

二、“兩堵一注”封孔技術

（一）封孔原理。

抽放瓦斯用注漿式（水泥漿）封孔器的注漿管與注漿泵連通，漿液因注漿壓力進入注漿管，由于單向閥的作用漿液進入囊袋1及囊袋2，囊袋迅速膨脹，將囊袋的外徑緊固在煤層孔壁上，將封孔器兩端的孔封閉；當壓力大于1.6MPa時，爆破閥爆破，漿液將兩個囊袋中間的部分充滿，進而實現多層密封，通過瓦斯抽放管連接抽放瓦斯。

（二）封孔。

割縫鉆孔所有工序全部完成后，準備封孔注漿液，使用“兩堵一注”封孔器注漿封孔，封孔深度10m。

（三）聯網抽采。

割縫鉆孔封孔后，因使用新型注漿膨脹材料，注漿3h后便可聯網抽采。

三、水力割縫效果

通過對11091底抽巷穿層鉆孔實施“水力割縫”人工卸壓增透技術后，現場觀測一定周期，并對比觀測割縫抽采孔與水力沖孔抽采鉆孔瓦斯流量和濃度，得到如下結論：

（一）割縫孔的瓦斯抽采流量高于未割縫孔，并且割縫孔的瓦斯抽采流量先增大后衰減再增大的趨勢。這表明，煤體在進行水射流割縫卸壓后，煤體滲透性明顯提高，有利于抽采；由于割縫作業對煤體透氣性的影響，以及割縫后煤體的流變作用，擴大了卸壓影響范圍，在割縫考察后會出現抽采量的明顯提高。

（二）經過一個月的考察時間后，割縫孔抽采最大純量為0.038m3/min，水力沖孔的最大抽采純量為0.0031m3/min。割縫孔平均抽采純量為0.0309m3/min，水力沖孔的平均抽采純量為0.0035m3/min。割縫孔正常抽采最高濃度為55.8%，水力沖孔為15%。割縫孔平均濃度為35%，水力沖孔為7%。割縫孔抽采瓦斯濃度是水力沖孔的2.3倍，割縫孔抽采瓦斯流量是水力沖孔的8.8倍。這表明割縫后，煤體滲透性提高，卸壓影響范圍增大，瓦斯源更加充足，更多的瓦斯解析涌出，抽采濃度變大。

（三）割縫孔的抽采濃度明顯大于水力沖孔，并且割縫孔的濃度比較穩定。對比割縫鉆孔，出煤量越大，瓦斯抽采濃度越大，并維持在45%左右，水力沖孔濃度維持在7%，且濃度波動比較明顯，說明人工強化卸壓增透技術有效的擴大了煤體的卸壓區域，提高了煤體中瓦斯的滲流，形成較穩定的卸壓區域。

（四）通過統計、計算割縫鉆孔割出煤量，對割縫鉆孔煤體擾動范圍的對比分析，割縫抽采鉆孔與水力沖孔相比，直接擾動煤體半徑提高26倍左右，直接擾動煤體體積提高160倍左右，煤體暴露表面積增大10倍左右，水力割縫鉆孔有效影響半徑在5～7m之間，相對于水力沖孔瓦斯抽采影響半徑提高了10倍左右，孔內割縫措施具有擴大抽采單孔有效影響范圍，減少措施孔數目，減少工程量，提高防治瓦斯災害工程效率等優點。

（五）實施“水力割縫”人工強化卸壓增透技術過程中，使用水力射流鉆桿，最高水射流壓力可達到32MPa進行回鉆桿割縫，鉆桿無漏液卸壓現象，保證了割縫效果。

四、結語

對于單一低透氣性松軟突出煤層，在沒有開采解放層條件下，在巖巷內穿層鉆孔，實施“水力割縫”人工卸壓增透措施，經過鉆孔內部煤體坍塌，排出煤炭，瓦斯壓力釋放，地應力重新分布，促進鉆孔周圍形成新的裂隙，增大了鉆孔抽放半徑，提高了瓦斯抽采效果。

［1］于不凡，王佑安，煤礦瓦斯災害防治及利用手冊［M］.北京：煤炭工業出版社，2000.

［2］劉勇.高壓脈沖水射流技術在煤礦石門揭煤中的應用［D］.重慶：重慶大學，2009.

TD82

A

1671-864X（2016）07-0167-01

余加正（1976年7月-），男，安徽省金寨市人，本科，注冊安全工程師，現為國投河南新能開發有限公司副總工程師。