“两堵一注”封孔配套下筛管工艺抽采技术研究

王建彬

(山西晋煤集团 沁水胡底煤业有限公司，山西 晋城048214)

1 主辅运迎头钻孔施工地点瓦斯地质条件

胡底矿井为煤与瓦斯突出矿井，主采3#煤层，属不易自燃煤层，煤尘无爆炸危险性［3］。主辅运迎头揭煤位置处在背斜一翼，主运迎头刚过DF 主运1 H=2 m∠80°断层，标高+187 m，辅运迎头预计5 m 揭露DF 主运1 断层，标高+179 m，如图1所示。主辅运迎头揭煤区域实测原始瓦斯含量最大为17 m3/t，3#煤层透气性系数为13.03 -21.30 m2/(MPa2·d)，3#煤层坚固性系数f 值为0.65 -0.77。

图1 胡底矿井

2 主辅运迎头钻孔对比分析

2.1 主辅运迎头钻孔抽采效果分析

表1 主运迎头钻孔抽采效果分析

表2 辅运迎头钻孔抽采效果分析

类型 施工时间 总孔数 总进尺 成孔数 成孔进尺 成孔煤孔进尺 成孔率 煤孔进尺率 百米钻孔流量普通钻孔 10.21～11.27 107 6 208 98 5 198 1757 91.5% 28.3%—下筛管孔 10.21～11.27 27 1 657 27 1 657 478 100% 28.8%—134 7 865 125 6 588 2 235 93.28% 28.4% 0.098合计 —

从钻孔工程量来看，根据主辅运揭煤钻孔布置图可知，其钻孔掩护范围比值关系为4 ∶5，由于主辅运迎头均位于3#煤层底板法距7m 外，具有可比性。对比分析可知:单位抽采范围内主运布置钻孔总进尺比值为78765 ÷4:20497.5 ÷5 =1:2.08，即主运每掩护1 m2煤层所需的钻孔量是辅运的2 倍。

从钻孔抽采效果来看，辅运迎头煤孔百米钻孔流量为0.098 m3/(min·hm)，主运迎头面米钻孔流量为0. 035 m3/(min·hm)，即辅运迎头百米钻孔流量是主运迎头百米钻孔流量的2.8 倍。

2.2 影响主运钻孔抽采效果的原因

主运钻孔抽采效果不好的原因有以下几方面:一是原始瓦斯含量大，钻孔内易突出。二是钻孔设计过密，易穿孔。三是钻孔布置点刚过断层，且受爆破破岩工艺影响，岩体破碎，易塌孔。四是钻孔聚氨脂封孔工艺不合理，长度不足。

3 主要采取的措施

3.1 提高开孔段岩层整体强度

为提高开孔段岩层整体性和强度，提高抽采效果，主要采取了以下措施。一是钻孔布置面按3 000 mm×3 000 mm 间距布置73 000 mm 的锚索，喷浆100 mm，强度C20，巷道支护方面确保开孔段岩层稳定;二是钻孔布置面预注浆，采用风动注浆泵注水泥砂浆，水灰比0.8 -1，注浆压力约为0.4 MPa，提高封孔段岩层气密性，单孔水泥注浆50 kg 左右。

3.2 优化钻孔设计，减少穿孔

为解决钻孔穿孔现象过多的问题，主要采取了以下措施:一是增大钻孔开孔间距，由原先300 mm 左右钻孔间距增大至500 mm 间距以上。二是合理组织钻孔施工顺序，在设计中明确钻孔施工顺序，现场标定开孔点，有序施工，减少穿孔现象的发生。

3.3 试用筛管新工艺，防止孔内塌孔，提高抽采效果

3.3.1 筛管施工工艺

钻孔成孔后，全孔下入带有筛眼的抗静电阻燃聚氯乙烯管(以下简称PVC 管)，作为护壁管和瓦斯抽采通道，既解决了塌孔问题，又不影响瓦斯逸出。其工艺流程为:使用φ94 可脱芯钻头+φ73/63.5 mm 大通孔钻进至设计孔深，此时下入带有悬挂装置的PVC 管并将钻头锁芯顶开，PVC 管及悬挂装置通过钻头，连接于PVC 管上的悬挂装置打开，并牢固地卡于孔壁上，提出钻杆而PVC 护壁管留在孔内。

下PVC 管护壁技术可分为两大部分:①将PVC 管下至钻头处，顶开钻头锁芯并穿过。②连接在PVC 管上的孔底悬挂打开并固定在孔壁上。

3.3.2 下筛管钻孔抽采效果分析

辅运迎头共试验下筛管钻孔27 个，总进尺1 657 m，煤孔进尺478m，煤孔率28.8%。试验过程中，部分钻孔出现穿孔或封孔质量问题导致钻孔浓度与抽气量较低，对比数据选取4 个(3#、7#、17#、25#)有代表性钻孔进行分析。

3#钻孔:倾角28°，方位角90°，1 -22 m 矸-32 m 煤-46 m矸。衰减系数为0.020 4 d-1。

7#钻孔:倾角14°，方位角90°，1 -24 m 矸-37.5 m 煤-50 m矸。衰减系数为0.036 d-1。

17#钻孔:倾角-1°，方位角90°，1 -48 m 矸-65 m 煤-71 m 矸。衰减系数为0.014 7 d-1。

25#钻孔:倾角2°，方位角90°，1 -24 m 矸-54 m 煤-63 m矸。衰减系数为0.033 6 d-1。

与沈阳煤科院测定钻孔瓦斯衰减系数0.034 d-1对比分析，7#、25#钻孔达到了最好抽采效果;而3#、17#孔则较差。

3.4 改变封孔工艺，提高抽采效果

聚氯脂封孔具有方便、快捷、易操作等特点，但存在封孔距离短、遇水易收缩漏气等问题。为提高抽采效果，采用“两堵一注”封孔工艺。其主要优点为:一是提高了钻孔封孔长度，达到了5 m;二是提高了钻孔封孔段岩体气密性，高压注浆有利于孔口岩层裂隙的注浆封堵，且不受水的影响。

4 结语

在采取优化钻孔设计，减小穿孔;提高开孔段岩体强度，试用筛管新工艺，防止孔内塌孔，推广使用“两堵一注”封孔法后，能有效提高上行穿层钻孔的瓦斯抽采效果和减少钻孔工程量。但两者在提高抽采效果所占的比重无法计算。

5 存在的问题及建议

5.1 存在的问题

孔口漏气现象仍较普遍。主要原因有两方面:一是注浆质量将爆破裂隙充分注实，5 m 封孔段以里仍有裂隙导通;二是封孔质量不合格，有窜浆现象。在提高孔口负压至13 kPa 的情况下，浓度全部下降至10%以下。筛管尾部与DN50PVC 封孔管重叠段无封堵措施，筛管仅能起到护孔作用，无法保证负压作用于有孔段。在钻孔施工初期，原始瓦斯压力尚未释放前，钻孔投抽后塌孔现象严重，筛管能起到护孔作用;但在原始压力释放后，钻孔投抽后基本不塌孔，下筛管浪费材料，投入高。

5.2 建议

进一步提高封孔段岩体整体性，继续推广使用表皮注浆配合深孔注浆的工艺，彻底解决岩体漏气问题。增大封孔长度至8～10 m 以上，确保钻孔在高负压下抽采。根据瓦斯地质条件变化情况和钻孔施工顺序，选择性地使用筛管。

［1］ 国家安全生产监督管理总局. 防治煤与瓦斯突出规定［M］.北京:煤炭工业出版社，2009.

［2］ 俞启香.矿井瓦斯防治［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1990.

［3］ 田富超.寺河矿西井区3 号煤层瓦斯突出预测指标研究［D］. 焦作:河南理工大学，2010.

［4］ 郭昆明，肖丽辉，冯大钧，等. 新型瓦斯抽采钻孔设备及下放筛管技术研究［J］.煤炭工程，2014(1):50 -53.

［5］ 肖丽辉，李彦明，郭昆明，等.松软突出煤层全孔段下放筛管瓦斯抽采技术研究［J］.煤炭科学技术，2014(7):61-64.