高壓水力沖孔增透技術實踐與應用

文/鄧東生 彭行球（.深部煤炭開采與環境保護國家重點實驗室 .煤礦瓦斯治理國家工程研究中心）

安能煤礦10918工作面的接替面10907工作面在10918工作面回采結束3個月才能完工，礦井面臨采掘接替失調，主要原因是抽采鉆孔施工質量差、順層鉆孔條帶預抽效果不理想，導致煤巷月度進尺緩慢。這一問題嚴重制約煤礦采掘接替及安全生產。為此，在安能煤礦開展了高壓水力沖孔、“兩堵一注”及“帶壓注漿封孔”的試驗，以解決煤巷瓦斯預抽時間長、評價單元允許掘進距離短等問題。

一、基本情況

安能煤礦為貴州大西南礦業有限公司兼并重組保留礦井，生產規模為30萬噸/年。C9煤層厚度1.20～2.81m。煤層結構簡單，層位穩定，呈層狀產出，全區穩定，一般不含夾矸。10907回風巷掘進工作面C9煤層煤層平均厚度2.4m，煤層傾角為3°～7°。C9煤層距上覆C8煤層11.51m，距下伏C12煤層43.01m；頂板巖性以粉砂巖、泥質粉砂巖為主；底板巖性為粉砂巖、粉砂質泥巖及粘土巖，并富產植物化石。附近巷道實際揭露無斷層，區內地質構造簡單。

C9煤層不具有突出危險性，煤塵無爆炸危險性，煤層自燃傾向為三類，屬不易自燃煤層。C9煤層堅固性系數 1.87，透氣性系數 2.391～2.542 m2/MPa2·d。

10907回風巷掘進工作面北面為10907采面，距10907運輸巷153m，南面為未采區域，東面為一盤區三條開拓大巷，西面為二盤區采空區。10907回風巷沿煤層走向布置，設計長度為516m，斷面10.4m2，采用放炮掘進，錨網支護頂板，已掘49.8m，剩余466.2m。

二、試驗前順層鉆孔施工情況

10907回風巷采取順層鉆孔條帶預抽的瓦斯治理方式，順層鉆孔控制巷道兩幫輪廓線外各15m范圍，工作面前方90m范圍。鉆孔設計數量27個，終孔間距3m；允許進尺距離50m，保留超前距距離40m。鉆孔施工設備為ZYJ-750型液壓鉆機、φ75mm鉆頭及φ50mm螺旋鉆桿，鉆進過程中采用水力排渣。鉆孔封孔方式為馬麗散兩堵，每孔封孔長度8m。

三、優化施工工藝

1.鉆孔設計

順層鉆孔優化設計后，循環允許進尺距離70m，保留超前距距離20m，鉆孔其他參數不變[1，2]。

2.鉆孔施工加強措施及成型保障

施工設備依舊為ZYJ-750型液壓鉆機。但為保障鉆孔成型完好，首先對鉆機進行加固，增設2個立足（見圖1），減少施工過程中鉆機偏擺幅度；其次鉆孔在第一次鉆進和之后的擴孔過程中，鉆壓保持穩定，勻速鉆進，提高鉆孔平直率；施工過程中密切觀察孔口水力排渣情況，及時調整供水量，確保排渣順暢、徹底。為增強鉆孔抽采效率，加大鉆孔孔徑，開孔選用φ75mm鉆頭施工，鉆孔施工到位后，換φ94mm鉆頭進行全程擴孔[3，4]。

圖1 鉆機加立足改進

3.水力沖孔增透

為增加煤層透氣性、排凈鉆孔內煤渣及減少鉆孔封孔時下封孔管的難度，采取高壓水力沖孔增透技術，水力沖孔采用型號為W(GRB)315/31.5的礦用乳化泵站供高壓水。

表1 10907回風巷抽采瓦斯濃度對比

鉆孔擴孔至孔底后，打開高壓供水閥，加大轉速，對孔壁煤層進行高壓水力沖洗的同時，慢速退出鉆桿[5-7]。沖孔鉆孔長度48～75m，單孔沖出煤量7.20～12.39 kg/m。

4.“兩堵一注”及“帶壓注漿封孔”

鉆孔注漿時采用多次加壓注漿，水泥漿比例按水灰比0.8∶1配比漿液；該循環所有鉆孔傾角均為0°或以上，鉆孔注漿至回漿管返漿后，間隔20min左右再從回漿管繼續注漿，壓力要求達到3～4MPa，次數不少于2次。每個孔注漿結束至少24h后方可合茬抽采，以確保鉆孔內水泥漿能夠充分凝固[8]。

四、抽采效果考察

1.單孔瓦斯抽采濃度考察

抽采鉆孔優化前后抽采濃度見表1。試驗前順層鉆孔單孔平均抽采濃度23%；采用“兩堵一注”“帶壓注漿封孔”及水力沖孔增透等措施后，單孔平均抽采濃度達到41%，單孔抽采濃度提高了18%。

2.單元瓦斯抽采量考察及對比分析

優化前鉆孔控制范圍內煤層瓦斯資源總量為166909.4m3，抽采時間32天，預抽瓦斯量為115117.88m3，瓦斯抽采率68.9%，最大殘余瓦斯含量為6.9193m3/t。優化后鉆孔控制范圍內煤層瓦斯資源總量為173713.88m3，抽采時間20天，預抽瓦斯量為113492.74m3，瓦斯抽采率65.3%，最大殘余瓦斯含量為6.5321m3/t。兩者對比，單元抽采達標時間縮短12天左右。

五、結論

實踐證明，采用水力沖孔、“兩堵一注”及“帶壓注漿封孔”新工藝，有效提高了單孔抽采效率，單孔瓦斯抽采濃度由23%提高到41%，單孔抽采濃度提高了18%；縮短單元瓦斯抽采達標時間，使工作面提前回采，緩解采掘接替緊張局面。[本文系基金項目安徽省重點研發計劃項目 “石門揭煤突出災害微震監測技術與應用”（1804a0802214）的研究成果。]