近煤巖巷水力沖孔快速消突技術實踐

楊忠勝

摘 要：煤層之間，兩煤層都屬于突出煤層。煤層間距僅17 m，在礦井施工過程中經常出現大巷距離突出煤層過近（小于5 m）的情況。按照《防治煤與瓦斯突出規定>要求，必須采取防突措施并經效果檢驗無突出危險性后方可掘進。傳統穿層預抽瓦斯的防突措施存在消突時間長、巷道掘進進度慢的特點，需找到一種快速的近煤巖巷防突技術。水力沖孔技術具有施工鉆孔少、消突效果好的作用，是一種能夠快速消除突出危險性的防突措施，在新田煤礦1402底抽巷，取得了圓滿成功。

關鍵詞：近煤巖巷;水力沖孔;防突

新田煤礦為設計120萬t/a的生產礦井，服務年限為70年，采用斜井單水平開拓;主采煤層為4號和9號煤，4號煤層平均厚度2.79m，9號煤層平均厚度2.41m，為煤與瓦斯突出礦井;4號煤層瓦斯含量在17.96～20.59m?/t，瓦斯壓力在2.32Mpa，透氣性系數為1.273㎡/Mpa?.d，堅固系數0.5，煤層瓦斯大、煤質松軟，煤層透氣性差，此前新田煤礦采用穿層鉆孔預抽煤巷瓦斯，抽放時間長，鉆孔利用率底，鉆孔工程量大，工作面消突困難，嚴重影響了礦井的采掘接替，迫切需要采取引進新技術來消除工作面煤層的突出危險性。

1 水力沖孔工程概況

新田煤礦部分開拓巷道已經完成，構成了較完善的體系。例如：井底車場、膠帶大巷、回風大巷、軌道大巷。現主要對準備巷道加快進程，西三車場是西區1203l工作面軌道巷車場，西區二。煤層測得最大瓦斯含量為14.96? m/t;瓦斯壓力最大為3.1MPa。另外，此處礦山壓力也比較大，在西三車場開口附近的西軌大巷曾出現過底鼓現象，巷道底鼓高度約0.5 ino

2 西三車場圍巖及此處煤層情況

西j車場為巖石巷道，主要為砂質泥巖，少數為泥巖、粉砂巖或細砂巖，根據地質探測：煤層走向50°～60°，傾向1400-1500，傾角30-40，煤層平均厚4.0 m，巷道開El時底板距離煤層厚度約1.8 m。向前掘進時。必須采取防突措旌并經效果檢驗無突出危險性之后方可掘進。

3 水力沖孔原理

煤和瓦斯突出是由瓦斯、地應力和煤的物理力學性質等多因素共同作用的結果。煤層中發生煤與瓦斯突出的動力，是煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能。因此如果能夠釋放引起煤和瓦斯突出的能量，就能達到預防瓦斯突出的目的。水力沖孔措施就是依靠高壓水的沖擊能力，使得掘進工作面前方煤體的破碎，逐漸形成一個大尺寸的水力掏槽孔;與此同時，孔道周圍煤體向孔道方向發生大幅度的移動，造成煤體的膨脹變形和頂、底板間的相向位移，引起在孔道影響范圍內地應力降低，煤層得到充分卸壓，裂隙增加，使煤層透氣性大幅度增高，促進瓦斯解吸和排放，大幅度地釋放了煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能，煤的塑性增高和濕度增加，既消除了突出的動力，又改變了突出煤層的性質，從而起到在采掘作業時防止煤與瓦斯突出的作用。水力沖孔過程中，水的作用一方面是形成高壓水，導致煤擘破碎，形成一個較大的水力掏槽孔，使孔道周嗣煤體得到充分卸壓和瓦斯大幅度排放;另一方面是濕潤煤體，減小煤體的脆性，增加可塑性，降低煤體內部的應力集中，增強防止煤和瓦斯突出的能力，起到綜合防突的作用。

4 水力沖孔設計與實施

按照設計抽（釋）放鉆孔的方法進行水力沖孔鉆孔設計，采用ZY-750型全液壓鉆機進行排放鉆孔施工，在西三車場工作面布置20個鉆孔，鉆孔控制到巷道周界外3 m的煤層內，向前控制35 m，最長的鉆孔50 m，最短的鉆孔13? m，終孔間距不小于4In，而且不大于15 m，鉆孔直徑為94 mm。鉆孔施工mm的沖孔鉆頭（采用普通金剛石PDC j翼內凹鉆頭，將原有出水孔每個都封堵一半，罌3-5 mm大的出水孔），連接引至Brwl25/31.5型乳化液泵（最大流量125 L/rain，最大壓力31.5 MPa，功率75 kW）的高壓水管，進行水力沖刷，水壓為10 MPa左右，水力沖刷時鉆頭要反復進退直到沖不出煤為止。采用水力沖孔技術時，只施丁20個鉆孔，分別對所有鉆孔進行水力沖孔。

5 水力沖孔效果考察

在水力沖孔施工過程中，大量煤與瓦斯被沖出，大量瓦斯由吸附狀態轉變為游離狀態，脫離煤層，有效降低了煤與瓦斯突出的危險性，起到消突效果。新田煤礦所處煤田，煤的硬度較低，呈粉狀，煤層透氣性差，吸附性較強，經試驗證明，利用水力沖孔要比抽放效果顯著。西軌大巷曾利用瓦斯抽放手段作為消突措施，歷經約60 d才使瓦斯含量下降到《防治煤與瓦斯突出規定》所要求的8 m3/t以下，而西三車場，利用水力沖孔技術僅用了20 d時間，經河南理工大學現場測定，瓦斯殘余含量已下降到了5.23 m3/t，鉆屑解析指標△^，最大值為160 Pa（表2），防突所用時間縮短到原來的一半，大大縮短了消突時間，加快了巷道的施工進度。

6 施工注意事項

（1）在施工過程中，由于瓦斯壓力較大會出現噴孔現象，可能會造成巷道內瓦斯濃度超限，所以要加強通風管理，保證巷道內瓦斯濃度小于0.8%。若瓦斯濃度超限時必須及時停止作業，待瓦斯濃度下降到規定值后，方可繼續施工。

（2）水力沖孔會有大量的碎煤和水流出，需要建立沉淀池，并做好排水下作，以免影響打鉆地點環境衛生及堵塞底板上已施工完畢的鉆孔，影響鉆孔的瓦斯釋放效果和鉆孔施工進度。

7 結語

水力沖孔措施工藝簡單，施工安全，技術可行，且濕潤了煤體，降低了打鉆過程中工作面粉塵濃度，改善了工作環境。采用水力沖孔措施，使水力掏槽孔前方和兩幫煤體得到充分卸壓，煤體的應力梯度下降;在釋放應力的同時引起煤層透氣性大幅度增加，瓦斯得到釋放，瓦斯壓力梯度大幅度下降，消除了激發突出的應力和瓦斯條件，且增大了煤體抑制突出的阻力，起到了很好的綜合防突作用。采用水力沖孔，嚴格按措施執行，能大幅度降低效檢超標率，巷道掘進速度提高2—3倍，經濟效益和社會效益十分顯著。水力沖孔不僅為新田煤礦以后揭煤摸索出了一條快速防突新路，同時也為類似礦井快速防突提供了可借鑒的成功經驗。

參考文獻

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