胡底煤業順層鉆孔抽采效果研究

張曉銘

（山西晉煤集團沁水胡底煤業 通風管理部,山西 晉城 048214)

1672-5050（2017)05-0058-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.10.017

2017-06-27

張曉銘（1989-),男,大學本科,碩士,從事瓦斯抽采方面的工作。

胡底煤業順層鉆孔抽采效果研究

張曉銘

（山西晉煤集團沁水胡底煤業 通風管理部,山西 晉城 048214)

針對1301工作面順層鉆孔成孔率低、抽采效果差的問題,胡底煤業從鉆孔施工工藝、封孔工藝、抽采方式的選擇上進行了改進,提出了采用Φ94mm鉆頭+Φ73mm肋骨螺旋鉆桿+水排渣施鉆工藝及全程下Φ50 mm封孔管及 “兩堵一注”的封孔工藝,并運用于1303綜采工作面順層鉆孔的施工,抽采量有了很大的提升,并為煤礦的安全生產提供了重要的借鑒意義。

瓦斯抽采;順層鉆孔;施工工藝;封孔工藝;抽采量

在松軟煤層中施工順層鉆孔一直是煤礦井下鉆探領域的一大難題。前期胡底煤業采用的施工工藝,在一定程度上存在成孔深度淺、成孔率低、瓦斯濃度衰減快等問題,不能完全滿足瓦斯高效抽采的需要。因此對順層鉆孔現有工藝進行改進,從而提升鉆孔抽采效果,對于胡底煤業的安全高效生產有著重要的意義。

1 礦井及工作面概況

胡底煤業核定生產能力60萬t/a,批準開采3#煤、15#煤,礦井瓦斯等級為煤與瓦斯突出礦井。1301綜采工作面位于胡底煤業一盤區,走向長500 m,傾向長170 m,煤層平均厚度6.17 m,煤層傾角6°,煤體具有裂隙較發育、性脆易碎的特點。

2 1301綜采工作面順層鉆孔抽采現狀

《防止煤與瓦斯突出規定》中規定:順層鉆孔預抽回采區域煤層瓦斯區域防突措施的鉆孔應當控制整個開采塊段的煤層[1-5]。根據實際工作面情況,決定在1301工作面兩條煤巷順槽內施工順層鉆孔作為區域防突措施,鉆孔間距為2 m,其中1301軌道順槽一側鉆孔設計孔深90 m,1301膠帶順槽一側鉆孔設計孔深120 m,重疊區域為40 m;在1303膠帶順槽施工順層鉆孔,設計孔深150 m,孔間距2 m,見圖1。

圖1 1301采面及1303采面順層鉆孔布置示意圖Fig.1 Bedding boreholes layout in No.1301 and No.1303 mining face

2014年12月在1301軌道順槽開始施工順層鉆孔,但是在施工過程中遇到成孔難、易塌孔等問題,同時鉆孔成孔濃度僅為20%左右,7天時間內濃度很快衰減至10%以下,無法滿足生產銜接及抽采達標的要求,因此必須對目前順層鉆孔的施工及封孔工藝進行改進。

3 對順層鉆孔施工及封孔工藝的改進

1)施工工藝：前期順層鉆孔施工采用“94 mm胎體鉆頭+Φ73 mm螺旋鉆桿+壓風排渣”施工工藝,這種工藝存在的缺點是:采用風排渣工藝屬于干式打眼鉆進,容易在采掘空間中造成大量粉塵飛揚,增加作業人員患塵肺病的幾率;粉塵濃度大也會造成作業空間能見度低,引發誤操作等事故;采用干式打眼會造成鉆頭與煤體摩擦溫度升高,而無法降溫冷卻,容易誘發瓦斯燃燒或爆炸事故。因此胡底煤業對排渣方法進行改進,采用“94 mm胎體鉆頭+Φ73 mm螺旋鉆桿+水排渣”的施工工藝。水排渣工藝雖然對孔壁造成沖刷作用,容易引發壓鉆事故,但卻避免了作業現場煤塵發揚及孔內著火事故的發生;同時施鉆時采取“多沖孔、慢鉆進”的方法避免壓鉆事故的發生。

2)封孔工藝：前期順層鉆孔施工完畢后,采取全程下Φ32 mmPE管的方法。對濃度較低的鉆孔進行捅孔后發現:個別鉆孔末端PE管內全部充滿煤粉,花管的孔眼大部分也被煤粉堵死,這是鉆孔濃度低的重要原因。

經過多次試驗,首先從封孔管的選擇上,決定采用鉆孔內全程下Φ50 mmPE管的方法,其中孔口以里前30m為實管,之后至孔底全部為花管。其次,增加花管的孔眼,由之前的每根管（3 m)6個孔眼,增加至12個孔眼,避免花管孔眼被堵而瓦斯沒有通道[2]。第三,封孔方式選擇“兩堵一注”,封孔段選擇3 m～20 m。選擇深部封孔的原因是鉆孔施工現場煤體裂隙比較發育,與之前封孔段為3 m～12 m相比,深部封孔可以有效的避免煤壁裂隙漏氣從而影響抽采效果。

3)其他方面：鉆孔成孔退鉆后應立即下封孔管并進行封孔。若未能將封孔管全部下至孔底,則應對該鉆孔進行洗孔。洗孔采用的是“94 mm胎體鉆頭+Φ73 mm寬葉片高效摩擦螺旋鉆桿+機械排渣”工藝。機械排渣主要是靠鉆桿螺紋的旋轉擠壓降煤渣排出孔外。

連孔方面,將每20個鉆孔為一個抽采單元,用108 mm多通連接,并加裝孔板流量計定期對抽采純量等參數進行測量,便于進行抽采達標評價。

4 抽采效果

1301軌道順槽及1301膠帶順槽順層鉆孔分別于于2014年12月和2015年3月開始施工,截止到2016年6月共施工432個鉆孔,總進尺為38 842 m。1303工作面膠帶順槽順層鉆孔于2016年3月開始施工,截止到2016年6月共施工54個鉆孔,總進尺為7 838 m。其中2016年1月之后順層孔均采用改進后的工藝進行施工。

1)單孔抽采濃度對比:選取三個地點共5個鉆孔作為考察對象,其中1301軌道順槽180#孔、1301膠帶順槽165#孔、1303膠帶順槽45#孔為采用全程下Φ50 mmPE管及新封孔方式施工的鉆孔,如表1所示。

從表中可以看出,采用新方法后,鉆孔濃度提升至60%以上,并且在封孔后15d時間內濃度基本保持不變。與之前的鉆孔相比,鉆孔濃度有了很大的提升。

2)抽采效果對比:對三個地點全部順層鉆孔抽采量進行統計可以發現,1301首采面順層鉆孔因大部分鉆孔采用舊工藝施工,因此抽采量隨著鉆孔進尺的增加變化不大,基本保持不變;1303膠帶順層鉆孔因采用新工藝進行施工,抽采量隨著鉆孔進尺的增加明顯提高。具體見圖2。

除了施工工藝及封孔工藝改進的因素外,1303膠帶順層鉆孔濃度高的第二個原因,是因為該區域為抽采二巷千米鉆場（左7#千米鉆場及左12#千米鉆場)覆蓋區域,順層鉆孔對該區域進行補充,溝通千米鉆孔軌跡,為瓦斯提供了更多的通道,便于瓦斯抽采,因此抽采濃度和抽采量都比較高。1303順層鉆孔抽采純量增加且抽采二巷千米鉆場抽采量減少,但整個抽采區域的總抽采量有所增加,具體變化情況見圖3。

表1 順層鉆孔單孔濃度參數表Table 1 Parameters of gas concentration of single bedding borehole

圖2 順層鉆孔抽采量變化圖Fig.2 Variance of gas drainage with bedding boreholes

5 結論

1)采用采用“94 mm胎體鉆頭+Φ73 mm螺旋鉆桿+水排渣”的施工工藝消除了發生孔底火災事故的隱患,解決了打鉆期間防塵問題。

2)從單孔濃度及抽采效果來看,全程下Φ50 mmPE管及“兩堵一注”的封孔方式是切實有效的,可以提高鉆孔濃度和抽采量,實現快速消突的目的。

圖3 1303順層與抽采二巷抽采千米鉆場量變化情況圖Fig.3 Variance of gas drainage with bedding boreholes and thousand-meter scale boreholes

3)根據1303膠帶順層鉆孔施工情況來看,在千米鉆孔覆蓋區域施工的順層鉆孔濃度普遍較高,抽采量也較高。今后應采用“千米鉆孔+順層鉆孔互補”方式對采面煤體進行抽放,加強對采面煤體的抽放效果。

[1] 劉柏松.長平煤礦順層鉆孔鉆進工藝改進及應用[J].煤炭科學技術,2014（4):122-123.

LIU Baisong.Application and Improvement of Drilling Process Along Coal Bed Level in Changping Mine[J].Coal Science and Technology,2014（4):122-123.

[2] 牛多龍.松軟低透氣性煤層順層鉆孔全程套管預抽瓦斯技術[J].煤炭科學術,2013（5):90-92.

NIU Duolong.Gas Pre-drainage Technology with Full Length Casing for Borehole Drilled Along Low Permeability Soft Seam[J].Coal Science and Technology,2013（5):90-92.

[3] 曹學軍.厚煤層順層長鉆孔封孔新工藝瓦斯抽采技術[J].安徽理工大學學報,2015（3):35-38.

CAO Xuejun.Gas Drainage Technique with New Sealing Method of in-seam Long Boreholes in Thick Coal Seam[J].Journal of Anhui University of Science and Technology（Natural Science),2015（3):35-38.

[4] 李孜軍.順煤層瓦斯抽采鉆孔封孔新工藝[J]煤田地質與勘探,2016（6):115-116.

[5] 張福旺.囊袋式兩堵一注封孔裝置在順層鉆孔瓦斯抽采中的應用[J].煤炭工程,2013（11):57-59.

GasDrainageEffectofBeddingBoreholesinHudiMine

ZHANGXiaoming

（VentilationManagementDepartment,HudiCoalCo.,Ltd.,ShanxiJinchengCoalGroup,Jincheng048214,China)

To solve the low probability of bedding borehole formation and poor effect of gas drainage in No.1301 working face, measures were used to improve the constructing and sealing techniques of boreholes and the selection of drainage methods in Hudi Mine. The constructing process uses drill bits （with a diameter of 94mm), spiral drill pipes （with a diameter of 73mm), and water-drainage-slag-discharge technique; the sealing process uses hole-packing pipes （with a diameter of 50mm) and two-sealing-one-grouting technique. The innovation in the construction of the bedding boreholes in 1303 fully-mechanized mining face has greatly increased the gas drainage and has been of importance for the safe production in the mine.

gas drainage; bedding boreholes; construction techniques; borehole sealing process; gas drainage quantity

TD713

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（編輯:薄小玲)