穿層鉆孔組水力沖孔與組鉆孔部分沖孔的抽采效果對比分析

盧鋒宇 范衡 張偉家

摘 要：礦井的煤層透氣性較差，會導致穿層鉆孔預抽瓦斯濃度衰減快、流量低，抽采效果不理想。在云蓋山煤礦一礦22206底抽巷穿層鉆孔預抽煤層瓦斯的基礎上，本文對比了每組部分鉆孔沖孔與臨近整組水力沖孔的抽采參數，分析了穿層鉆孔組水力沖孔與組鉆孔部分沖孔的瓦斯濃度變化曲線。分析可知，每組部分鉆孔沖孔優于臨近整組水力沖孔。

關鍵詞：煤層透氣性;煤層瓦斯;瓦斯抽采;穿層鉆孔

中圖分類號：P631.8文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0083-03

Abstract： The coal seam of the mine has poor air permeability， which will result in rapid attenuation of gas concentration in pre-drainage through boreholes， low flow， and unsatisfactory drainage effects. Based on the pre-drainage of coal seam gas by drilling through the bottom of the 22206 bottom roadway in the No.1 Mine of Yungaishan Coal Mine， this paper compared the drainage parameters of each group of partial drilling and punching with the adjacent group of hydraulic punching， and analyzed the gas concentration variation curve of the hydraulic punching of the through-bed drilling group and the part of the group drilling. The analysis shows that part of each group of drilling and punching is better than the adjacent whole group of hydraulic punching.

Keywords： coal seam permeability;coal seam gas;gas drainage;through-bed drilling

我國煤礦瓦斯地質構造復雜，煤層具有微觀孔隙發育、吸附性強、滲透率低等特點。近年來，水力化瓦斯治理技術得到長足的發展，作為一種推進煤層裂隙改造、強化瓦斯抽采的有效手段，它成為高瓦斯煤層高效抽采的捷徑，主要技術手段包括水力壓裂、水力割縫、水力沖孔等[1-3]。水力沖孔技術在兩淮礦區、西南地區得到較好的應用，但是在云蓋山煤礦一礦（簡稱云煤一礦）22206底抽巷條件下的應用實踐尚為空白。水力沖孔卸壓增透強化抽采技術卸壓增透范圍大，可以顯著提高抽采效果，為高突煤層預抽消突提供了一種行之有效的方法[4-5]，值得在低透氣性高瓦斯突出煤層消突實踐中推廣應用。本研究在云煤一礦22206底抽巷對比每組部分鉆孔沖孔與臨近整組水力沖孔的抽采參數，提高了瓦斯抽采量，縮短了區域預抽瓦斯時間，最終取得了較好的消突效果。

1 試驗工程概況

1.1 試驗方案

2019年9月28日至2019年10月30日，在云煤一礦22206底抽巷進行每組部分鉆孔沖孔（下稱試驗組）與臨近整組水力沖孔（下稱對比組）的抽采參數對比，經過33 d的觀測，最終得出抽采參數觀測對比結果。為了確保試驗的準確性，在22206底抽巷里程380～412 m進行試驗，該區域煤層賦存較為穩定，煤厚為2.5～3.3 m，平均煤厚為3 m，原始瓦斯壓力為0.3 MPa，原始瓦斯含量為6.41～7.0 m3/t。

試驗點布置如圖1所示。試驗組為22206底抽巷DB48組、DB49組和DB50組，每組有7個鉆孔，在孔號1、3、5、7的鉆孔見煤后采用壓風排渣，不進行水力沖孔，直接全程下篩管;2、4、6號鉆孔進行水力沖孔，沖孔煤量為7個鉆孔的煤量之和（每米煤段按0.5 m3），2、4、6號鉆孔下篩管深度以最大能力下入為準，觀測和統計瓦斯抽采量進行對比分析（由于對比組只有6個鉆孔，參數觀測期間，試驗組的7號鉆孔暫時關閉，保留1～6號鉆孔，測定組抽放參數）。對比組為22206底抽巷DJ48組、DJ49組和DJ50組，每組6個鉆孔全部進行水力沖孔。

1.2 鉆孔施工情況

試驗組和對比組的穿煤段長度和實際沖出煤量統計結果如表1所示。

通過表1可以看出，對比組的穿煤段長度對應的應沖出煤量均大于實際沖出煤量，而試驗組由于只有2、4、6號鉆孔進行水力沖孔，整組沖出的煤量相對較少，其中DJ50組多沖出煤量為10.8 m3，DB50組少沖出煤量為14.4 m3，根據統計施工時間，試驗組在施工效率上大于對比組3～5小班。

2 試驗結果與分析

試驗期間，負壓在18.6～23.4 kPa波動，負壓波動較小，在數據觀測時間內，對比組和試驗組負壓情況基本一致，不再進行抽放負壓對比。鉆孔采用打一個、封一個、開抽一個、觀測一個的方法，鉆孔測定初抽濃度后記錄在檔，全部施工結束后進行初抽濃度對比。

2.1 初抽濃度對比

觀察圖2初抽濃度變化，對DJ48和DB48曲線進行分析可知，對比組的初抽濃度最大為98%，試驗組的初抽濃度最大為90%，對比組的初抽濃度最小為68.4%，試驗組的初抽濃度最小為65%，對比組的初抽濃度略大于試驗組。對DJ49和DB49曲線進行分析可知，對比組和試驗組的最大初抽濃度均為92.4%，對比組最小初抽濃度為54%，試驗組的初抽濃度最小為82%，對比組的初抽濃度略小于試驗組。對DJ50和DB50曲線進行分析可知，對比組的初抽濃度最大為96.2%，試驗組的初抽濃度最大為82.6%，對比組的初抽濃度最小為78%，試驗組的初抽濃度最小為46.4%，由于對比組全部水力沖孔后釋放大量高濃度瓦斯，對比組的初抽濃度均大于試驗組。

2.2 組抽放濃度對比

觀察圖3初抽濃度變化，對DJ48和DB48曲線進行分析可知，對比組最大抽放濃度為50%，試驗組最大抽放濃度為38%，受水力沖孔的影響，抽放濃度出現不穩定現象且沒有明顯的變化規律。對DJ49和DB49進行分析可知，對比組最大抽放濃度為37.2%，試驗組最大抽放濃度為38%，抽放10 d后，試驗組的抽放濃度高于對比組，結合表1進行分析，DJ49組沖出煤量為36.5 m3，DB49組沖出煤量為29.1 m3，在DJ49水力沖孔后，脫落的煤泥堵塞封孔花管，須結合抽放流量做進一步的論證。對DJ50和DB50曲線進行分析可知，對比組最大抽放濃度為75.4%，試驗組最大抽放濃度為20%，對比組抽放濃度均大于試驗組，結合剖面圖進行分析，初步判斷，施工區域煤層變薄，在確保下管深度時，堵孔現象并不嚴重。

2.3 組抽放流量對比

觀察圖4混合流量變化，對DJ48和DB48曲線進行分析可知，對比組最大混合流量為0.3 m3/min，試驗組最大混合流量為0.34 m3/min，對比組混合流量均小于試驗組，在水力沖孔后，脫落的煤泥堵塞封孔花管，導致對比組的抽放流量較小。對DJ49和DB49進行分析可知，對比組最大混合流量為0.08 m3/min，試驗組最大混合流量為0.103 m3/min，且2組鉆孔的混合流量無明顯的變化規律。對DJ50和DB50曲線進行分析可知，對比組最大混合流量為0.108 m3/min，試驗組最大混合流量為0.132 m3/min，對比組混合流量均小于試驗組。

2.4 累計抽采量對比

為了使對比更加直觀，對對比組和試驗組抽放33 d的累計抽采量進行統計對比，如表2所示。

通過33 d的瓦斯抽采量統計對比可知，對比組的DJ48組和DJ49組分別比試驗組減少了489.6 m3和496 m3，而對比組的DJ50組比試驗組的DB50組增加了97.6 m3。通過結合地質資料并詢問現場施工和下篩管情況可知，DJ50組和DB50組施工區域煤層厚度為2.3 m，且都達到了全長下篩管要求。據判斷，在煤層薄的區域水力沖孔后，瓦斯釋放較多，且堵孔現象不嚴重，導致DJ50組抽采量高于DB50組。

3 結語

經過33 d的抽采數據對比，試驗組的初抽濃度普遍小于對比組。在后期持續抽放中，試驗組的抽放量大于對比組，主要原因是穿層鉆孔在煤厚的區域，水力沖孔后，封孔管易堵塞，影響抽放效果，而在煤層偏薄的區域，其不受此限制。在今后穿層鉆孔施工過程中，應考慮煤厚區域水力沖孔鉆孔的疏通工作，提高穿層鉆孔的瓦斯抽采量，并且為相同工況的煤礦提供借鑒，為煤礦安全生產奠定良好的基礎。

參考文獻：

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[4]王浩宇，祝恩勇，王軍，等.車集煤礦穿層鉆孔水力沖孔對瓦斯抽采半徑影響的研究[J].內蒙古煤炭經濟，2017（22）：139-140.

[5]張偉家，李威振，李紅偉.穿層鉆孔水力沖孔抽采效果的對比影響分析[J].能源與環保，2017（10）：235-238.