水力沖孔鉆孔在不同瓦斯賦存區域的優化與實施

靳亞兵 王振興

（平煤股份勘探工程處，河南 平頂山 467000）

自2010年水力沖孔技術在八礦投入試驗以來，已初步達到了預期試驗目的，各項工作開展正常有序，水力沖孔技術已納入正規生產作業循環，在提高瓦斯抽放和局部泄壓方面發揮了積極的作用。然而，水力沖孔是一項新興的技術，針對八礦突出煤層松軟和透氣性低的特點，如何達到最佳的沖孔效果，事半功倍的將工作進一步開展下去，還有很多諸如單孔岀煤量，沖孔鉆孔布置方式、控制范圍等問題需要確定。尤其是煤層瓦斯具有條帶分布的規律，這就要求我們針對不同條件下的瓦斯賦存狀態，采取不同的沖孔方案，已達到事半功倍的效果。為此，八礦打鉆工區聯合八礦防突區就水力沖孔技術的進一步優化改進，結合現場制定針對性方案，逐步實現沖孔方案的科學化、合理化、最優化。以科學試驗為依據，確定水力沖孔影響半徑和單孔最佳沖出煤量；制定具有針對性較強的不同瓦斯賦存條件下的沖孔鉆孔。

一、解決的關鍵問題和創新點：

（一）采用壓降法對目的煤層進行現場試驗，指導現場

通過現場施工試驗、觀察鉆孔，經過抽采觀察壓力表衰減變化情況，確定沖孔影響半徑；經過多次沖出不同的煤量后，對觀察鉆孔壓力造成的影響程度，確定單孔最佳沖出煤量，為沖孔鉆孔的優化提供依據。

（二）開發一套針對不同瓦斯賦存條件下的沖孔鉆孔布置方案，由于水力沖孔技術是新興的技術范疇，多數礦井都在持嘗試、甚至持觀望態度，八礦近年來一直在采用并加以完善優化，不久的將來勢必推動平煤集團突出礦井的使用，最終形成完整、全面的瓦斯治理模式，必將對整個集團公司的瓦斯防治起到共同指導的作用。

（三）八礦煤層地質條件與平煤集團東五礦地質條件基本吻合，而平煤地質條件與眾多礦區礦井開條件異曲同工，項目的實施成功，勢必對平煤乃至全國煤炭企業產生巨大影響，為煤礦企業找到一條開創性的瓦斯治理渠道做出巨大貢獻。具不完全統計，八礦采用水力沖孔技術后，每年產生的經濟效益將達到近千萬元，同時在安全生產、礦區穩定和綠色能源開發等方面都將產生巨大的社會效益。

二、推廣應用情況：

（一）試驗鉆孔布置要求

試驗位置：低抽巷抽10點前30m位置（142-4抽采孔位置）巷道上幫開孔，如圖3和圖4所示，試驗長度共20m。要求在測試段附近20m范圍之內不允許向巷道上幫施工鉆孔。

鉆孔垂直于巷道幫布置，如圖3和圖4所示，每個鉆孔軌跡都相互平行，禁止施工“扇形”鉆孔組；

測試孔孔徑為75mm，割縫鉆孔按照常規割縫鉆孔尺寸施工；

測試孔巖石段長度不少于20m，要求每個測試孔施工完畢之后盡快采用水泥砂漿封閉全部巖石段鉆孔，并連接煤氣表測試。

（二）測試過程工藝

1.依次施工完成所有測試孔，并在每個測試孔施工完成之后盡快封閉鉆孔全部巖石段，并先連接煤氣表測瓦斯流量一天讀數后換瓦斯壓力表測試瓦斯壓力；要求記錄鉆孔開孔時間、見煤長度和時間、見頂板時間、封孔時間、連接煤氣表時間、更換壓力表時間。

2.在所有測試孔施工完畢、瓦斯壓力穩定之后，施工割縫鉆孔，鉆孔施工完畢后在不割縫的條件下連接管路抽采瓦斯，觀測周圍鉆孔瓦斯壓力變化，直至瓦斯壓力穩定，觀測周期一般1～2個星期；

3.在割縫鉆孔內套孔再次施工鉆孔，并在孔內煤孔段均勻實施水力割縫，控制水壓（低于10MPa），割縫出煤量1～2噸時，停止割縫，并退出鉆桿，再次封閉鉆孔實施瓦斯抽采，觀測各個測試孔瓦斯壓力變化規律，直至瓦斯壓力穩定；

4.再次施工水力割縫鉆孔并實施水力割縫，再次出煤1～2噸時停止割縫，并退出鉆桿，封孔抽采瓦斯，觀測各個測試孔瓦斯壓力變化規律，直至瓦斯壓力穩定；

5.重復上述的過程3～4，分別觀測測試孔瓦斯壓力變化規律，并在最后一次割縫瓦斯壓力穩定后換煤氣表測一天流量記錄讀數。

三、通過上述測試研究鉆孔不同出煤量條件下的水力割縫鉆孔有效影響半徑。

由于水力沖孔影響半徑確定后，對水力沖孔鉆孔布置進行了科學、合理的優化，對單孔最佳沖出煤量進行了確定。優化后的鉆孔布置和單孔岀煤量更具科學性，瓦斯治理效果更加明顯，使得預抽達標時間提前實現。每個單元的區域校檢基本一次通過，省卻了重新加密施工鉆孔的工作。同時因為鉆孔布置的優化，現場對沖孔勞動組織也進行調整，原來每班次只能沖孔一個，現在可以每班次沖孔兩個，提高勞動效率2倍。相應的瓦斯治理速度也提高了2倍，使得被掩護巷道提前一半時間實現預抽達標。

由于水力沖孔技術是新興的技術范疇，多數礦井都在持嘗試、甚至持觀望態度，八礦近年來一直在采用并加以完善優化，不久的將來勢必推動平煤集團突出礦井競相效仿，最終形成完整、全面的瓦斯治理模式，必將對整個集團公司的瓦斯防治起到共同指導的作用。

八礦煤層地質條件與平煤集團東五礦地質條件基本吻合，而平煤地質條件與眾多礦區礦井開條件異曲同工，項目的實施成功，勢必對平煤乃至全國煤炭企業產生巨大影響，為煤礦企業找到一條開創性的瓦斯治理渠道做出巨大貢獻。

具不完全統計，八礦采用水力沖孔技術后，每年產生的經濟效益將達到近千萬元，同時在安全生產、礦區穩定和綠色能源開發等方面都將產生巨大的社會效益。

總結：

通過現場施工試驗、觀察鉆孔，經過抽采觀察壓力表衰減變化情況，確定沖孔影響半徑；經過多次沖出不同的煤量后，對觀察鉆孔壓力造成的影響程度，確定單孔最佳沖出煤量，為沖孔鉆孔的優化提供依據；以科學試驗為依據，針對瓦斯條帶分布的特點，制定相應的沖孔布孔方案，增強瓦斯治理的針對性，在提高瓦斯治理效果、減少作業人員勞動強度和提高勞動效率等方面發揮積極作用。同時，優化后的沖孔鉆孔布置方案具有規范性和模式化等特點。