松軟煤層瓦斯抽采鉆孔施工工藝

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摘要:在高瓦斯低透氣性松軟煤層中施工鉆孔極易出現(xiàn)噴孔、塌孔、頂鉆、夾鉆等現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔成孔率低、成孔深度淺。通過(guò)對(duì)鉆孔施工工藝、防噴裝置等方面的研究改進(jìn)，摸索出一套行之有效的抽采鉆孔施工辦法，有效解決了漳村煤礦高瓦斯低透氣性松軟煤層抽采鉆孔的施工難題。

關(guān)鍵詞:低透氣性;松軟煤層;抽采鉆孔;施工工藝

漳村煤礦26采區(qū)3號(hào)煤層開(kāi)采深度500m，最大絕對(duì)瓦斯涌出量23．66m3/min，煤層普氏系數(shù)0．43～0．49，鉆孔瓦斯衰減系數(shù)為0．185d－1，透氣性系數(shù)0．0493～0．0542m2/(MPa2•d)，最大絕對(duì)瓦斯壓力為0．2MPa，可以看出煤層具有煤質(zhì)松軟、煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大、透氣性低、瓦斯治理難度大等特點(diǎn)。而瓦斯抽采是降低煤層瓦斯含量、減小瓦斯壓力、減少瓦斯災(zāi)害最有效的手段，實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采的關(guān)鍵是抽采鉆孔的施工，尤其是在高瓦斯低透氣性松軟煤層中施工鉆孔，極易出現(xiàn)噴孔、塌孔、卡鉆等現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆孔成孔率低、成孔深度淺。因此，必須采取有效措施加以解決。

1保證鉆孔成孔的技術(shù)措施

2603綜放工作面位于漳村煤礦26采區(qū)，開(kāi)采3號(hào)煤層，煤層厚度平均6．11m，煤層傾角平均4°，工作面走向推進(jìn)長(zhǎng)度1173m，傾向長(zhǎng)度285m。設(shè)計(jì)在2603運(yùn)巷、工作面切眼和2603進(jìn)風(fēng)巷布置鉆孔。其中2603運(yùn)巷偏向工作面布置與巷道呈85°夾角的鉆孔429個(gè);工作面布置與切眼中心線呈90°夾角的鉆孔146個(gè);2603進(jìn)風(fēng)巷偏向工作面布置與巷道呈85°夾角的鉆孔429個(gè)。鉆孔傾角與煤層傾角相同，鉆孔長(zhǎng)度分別為120～170m不等。高瓦斯低透氣性松軟煤層抽采鉆孔得以成孔，得益于以下綜合措施:鉆機(jī)的穩(wěn)固、帶壓注漿護(hù)孔、中風(fēng)壓排渣、突出煤層安全鉆進(jìn)防噴工藝。1．1鉆機(jī)的穩(wěn)固。在鉆孔施工位置用425號(hào)普通硅酸鹽水泥(預(yù)制尺寸為長(zhǎng)×寬×深=3m×1．5m×1．5m)混凝土作為鉆機(jī)基礎(chǔ)，并在規(guī)定位置將4只地腳螺栓固定，鉆機(jī)就位后要將壓板固定在地腳螺栓上，擰緊螺母;在巷道壁上掏槽，采用4根絲杠穩(wěn)固鉆機(jī);鉆機(jī)處巷道頂部施工兩個(gè)起吊錨桿，配合手拉葫蘆預(yù)防鉆機(jī)歪倒。1．2帶壓注漿護(hù)孔。通常來(lái)說(shuō)，影響瓦斯抽采的主要因素有兩個(gè):一是鉆孔參數(shù)的設(shè)計(jì);二是封孔工藝。對(duì)于孔口封閉工藝，傳統(tǒng)的封孔方式完全依賴手工完成，無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定性的要求，并且對(duì)于煤層鉆孔的封閉孔口的相關(guān)要素，如長(zhǎng)度、深度等都無(wú)法滿足設(shè)計(jì)需求;考慮到在封孔時(shí)所使用的密閉材料會(huì)在鉆孔中產(chǎn)生膨脹的現(xiàn)象，而該膨脹效果無(wú)法得到有效控制，因此導(dǎo)致其很難對(duì)封孔周邊的縫隙進(jìn)行有效封堵，在致密性上無(wú)法滿足需求，常常會(huì)出現(xiàn)氣體泄漏等后果。手工封閉孔口的工藝對(duì)于瓦斯抽采來(lái)說(shuō)，存在抽采的氣體濃度不夠高，同時(shí)抽采的氣體濃度會(huì)迅速降低等實(shí)際問(wèn)題。而帶壓注漿封孔技術(shù)則能有效避免傳統(tǒng)工藝存在的缺點(diǎn)，可以大大提高煤層瓦斯抽采的氣體濃度，并且其抽采的濃度可以保持較好的穩(wěn)定性，不至于過(guò)快降低，實(shí)際抽采效率較高。為避免含水層和垮孔、塌孔對(duì)鉆孔施工的影響，根據(jù)具體情況對(duì)鉆孔下套管，使用ZBY系列液壓注漿泵帶壓注漿進(jìn)行套管固定和護(hù)孔。帶壓注漿護(hù)孔時(shí)漿液水灰質(zhì)量比1∶1，注漿壓力不小于4MPa，巖層裂隙及套管與孔壁之間注實(shí)，注漿后需對(duì)套管進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力應(yīng)大于所鉆煤層的瓦斯壓力，從而避免發(fā)生孔內(nèi)事故，造成無(wú)法鉆進(jìn)。1．3空壓機(jī)中風(fēng)壓排渣。礦井系統(tǒng)風(fēng)壓低(一般在0．4～0．5MPa)，風(fēng)量不穩(wěn)定，影響鉆孔排渣，制約鉆孔施工的深度。在現(xiàn)場(chǎng)使用MLGF20/12．5－132G螺桿空壓機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)，進(jìn)入孔底的中風(fēng)壓經(jīng)鉆桿內(nèi)孔、鉆頭，在孔內(nèi)形成高速風(fēng)流，鉆屑懸浮在風(fēng)流中被高速風(fēng)流吹向孔口，從而實(shí)現(xiàn)排渣和鉆頭的降溫。對(duì)于強(qiáng)突出煤層，孔內(nèi)瓦斯與壓風(fēng)進(jìn)行混合，孔內(nèi)只有氣、固兩相流，發(fā)生阻塞的可能性減小，避免了鉆屑在孔內(nèi)的積聚，從而減小和避免了噴孔事故的發(fā)生，使得鉆孔得以成孔。1．4突出煤層安全鉆進(jìn)防(限)噴裝置。該裝置具有安全、可靠、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。該裝置可同時(shí)在孔口實(shí)施邊抽邊鉆和氣煤粗分離，能迅速有效地將噴出的煤和瓦斯分別引入到設(shè)定的系統(tǒng)，并能有效捕滅鉆進(jìn)中所產(chǎn)生的煤塵。當(dāng)強(qiáng)烈噴孔時(shí)，孔口防噴裝置能夠?qū)崿F(xiàn)噴孔可控，從根本上消除鉆孔強(qiáng)烈噴孔或鉆孔突出帶來(lái)的安全隱患。如圖1、圖2所示。

2施工工藝

利用ZDY－3200S型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)配合MLGF20/12．5－132G防爆型螺桿空壓機(jī)，先用D133mm的金剛石復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)20m，然后下D127mm的套管20m進(jìn)行護(hù)孔，同時(shí)采用ZBY系列液壓注漿泵對(duì)鉆孔進(jìn)行全孔帶壓注漿固定套管和護(hù)孔，注漿壓力應(yīng)大于所鉆煤層的瓦斯壓力;待水泥漿凝固48h后，再用D94mm高強(qiáng)度金剛石復(fù)合片鉆頭配合突出煤層安全鉆進(jìn)防噴裝置中風(fēng)壓排渣穿高瓦斯煤層鉆進(jìn)成孔。在鉆進(jìn)過(guò)程中要密切注意瓦斯變化情況，合理控制鉆速、鉆壓，避免瓦斯超限和噴孔事故的發(fā)生。

3應(yīng)用效果

1)2603運(yùn)巷使用該工藝已施工完成本煤層鉆孔429個(gè)，其中96%的鉆孔成孔實(shí)際深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鉆孔帶抽瓦斯?jié)舛绕骄禐?0%。2)2603進(jìn)風(fēng)巷使用普通抽采孔施工工藝施工的抽采孔施工深度達(dá)到設(shè)計(jì)深度的只有75%，其中由于塌孔、夾鉆而產(chǎn)生一定數(shù)量的廢孔，部分鉆孔由于夾鉆導(dǎo)致鉆桿無(wú)法拔出，帶抽鉆孔瓦斯抽采濃度平均值為10%。3)高瓦斯低透氣性松軟煤層瓦斯抽采孔施工工藝達(dá)到了預(yù)期效果，目前正在2603回風(fēng)巷和2802工作面推廣使用。

4結(jié)語(yǔ)

1)本施工工藝為高瓦斯低透氣性松軟煤層抽采治理瓦斯提供了技術(shù)支撐，提高了高瓦斯低透氣性松軟煤層抽采鉆孔成孔率，提高了單孔抽采濃度;節(jié)約了報(bào)廢抽采鉆孔的成本，縮短了采掘面抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。2)本施工工藝降低了由于抽采孔施工過(guò)程中噴孔帶來(lái)的隱患，減少了施工抽采孔造成事故的可能性，避免了由于施工抽采孔噴孔造成巷道局部瓦斯超限。

作者:王振 單位:潞安環(huán)能股份公司