高赋水条件下下向穿层钻孔施工技术研究

林昌环　黄学矿

摘 要：文章以顾北煤矿-600m～-633m南翼1煤回风斜巷揭1煤区域防突措施钻孔施工情况和预抽效果为依据，分块段统计分析高赋水条件下下向穿层钻孔施工和封孔工艺对瓦斯预抽效果的影响，从而给矿井突出煤层的防突打钻工作提供经验和教训。

关键词：高赋水；下向；穿层钻孔；预抽效果；技术研究

引言

长期以来，突出矿井通常采用在突出煤层底抽巷施工上向穿层钻孔、顺煤层钻孔抽采瓦斯，取得较好的消突效果，在瓦斯治理方面发挥了很大的作用。但是，在石门揭煤工作面中，通常采用施工下向穿层钻孔的区域防突措施，且在下向穿层钻孔施工过程中往往出现排水、排渣的难题，文章主要研究下向穿层钻孔的排水、排渣和封孔工艺等关键技术，解决高赋水条件下下向穿层钻孔抽采瓦斯的技术难点。

1 顾北煤矿-600m～-633m南翼1煤回风斜巷揭1煤概况

1.1 瓦斯地质情况

-600m～-633m南翼1煤回风斜巷揭1煤段位于-648m井底车场西南，揭煤处1煤层底板标高-641m，为矿井首次揭露1煤层。该巷道净高为4.5m，净宽为5.8m，以15°下山掘进。揭煤处1煤层最大原始瓦斯压力1.52MPa，最大原始瓦斯含量4.95m3/t。本巷道施工岩性主要为1煤、泥岩及砂质泥岩等。主要水害为砂岩、构造裂隙水及太原组灰岩岩溶裂隙水，富水性较强，根据区域防突措施钻孔施工过程显示，单孔最大涌水量为20m3/h。

1.2 区域防突措施执行情况

区域防突措施：在南一1煤采区顶板轨道巷内（高抽巷）施工下向穿层钻孔，钻孔最小控制范围是揭煤处巷道轮廓线外12m，且控制范围边缘到巷道轮廓线最小法距不小于5m，单孔抽采半径按1.5m布置。实际施工钻孔数289个，钻孔量16800m，最深钻孔达95m，平均孔深60m。（如图1所示）

1.3 钻孔施工难点重点

一是鉆孔施工长度长，孔内岩粉排出困难。因此，解决施工下向孔的排渣问题是下向孔成功与否的关键工艺。二是下向钻孔（尤其是长钻孔）施工过程容易发生埋钻、掉钻现象。三是下向钻孔为了便于封孔，钻孔倾角应该尽量大。四是该区域有砂岩裂隙水，对封孔效果产生很大影响。因此，必须提高封孔质量，封住砂岩裂隙水，减少流入钻孔中的裂隙水，确保钻孔瓦斯抽采钻孔不漏气，提高抽采效果。五是钻孔内沉积水对瓦斯抽采将产生很大影响，必须解决好下向钻孔的集中排水问题。

2 区域防突措施钻孔施工和抽采情况

-600m～-633m南翼1煤回风斜巷揭1煤区域防突措施钻孔设计施工了289个钻孔，分成A块段65个钻孔、B块段224个钻孔。A块段在高抽巷内预先施工，施工日期为2014年7月6日～7月25日，B块段在南翼1煤顶板轨道巷内施工，施工日期为2014年9月24日～11月23日。

2.1 钻孔施工深度和封孔方式

B块段：

（1）钻孔施工深度：过煤层后继续向煤层底板施工10m后收钻。

（2）钻孔封孔方式：先向孔内下入一路1 PVC花管至孔底，然后从1 PVC花管里向孔内下入高压胶皮管（高压胶皮管前端1～5m之间须打成花管）至孔底。若孔内有水，则把下入孔内的胶皮管连接系统压风进行吹孔，排出孔内积水。再从1 PVC花管外向孔内孔下入不少于16m1.5 （或2 ）PVC实管（其中孔口一根铁管）外漏300mm左右，并在距孔口14m处套管上扎1～1.5m长双层内膜矿用编织袋，倒入聚氨酯（A、B各1.5L）进行座底，座底段下部PVC管上需绑扎绳索或扎丝并延伸至孔口，下管过程中用以固定PVC管防止封孔管脱落。待座底段聚氨酯凝固后，从孔口向孔内注入稠水泥（或速凝膨胀封孔剂）25kg，用于加强座底段强度，水泥必须加入10%的速凝剂。

然后向孔口下入4m4分注浆管和2m返浆管，使用聚氨酯和棉纱封堵孔口长度1.5m左右。待聚氨酯凝固后，向孔内注浆，注至返浆管返浆，关闭返浆管闸阀带压注浆至孔内憋压，结束注浆。1小时后，第二次注浆直至孔内憋压结束注浆工作。

水泥浆结束2-3小时后，连接水吹管（即下入孔内的高压胶皮管）吹水。

水泥浆液按水：水泥=0.7：1配制（质量比）；聚氨酯由A、B药组成，按1：1比例配比使用。（B块段钻孔施工及封孔工艺示意图如图2所示）

A块段：

（1）钻孔施工深度：过煤层后继续向煤层底板施工0.5m后收钻。（2）钻孔封孔方式与B块段的区别：无高压胶皮管，其它相同。

2.2 瓦斯抽采情况分析

影响石门揭煤工期的主要工序在于瓦斯抽采率达标时间，而这是由区域瓦斯抽采浓度、抽采纯流量决定的，为此，我们对A、B块段的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯流量进行了分析。

A、B块段抽采瓦斯浓度如图3所示。

从图3可以看出，A块段抽采平均瓦斯浓度只有11.17%，而B块段抽采平均瓦斯浓度26.21%，是A块段抽采浓度的2.3倍。

A、B块段抽采瓦斯纯流量如图4所示。

从图7可以看出，A块段抽采平均瓦斯纯流量只有0.10m3/min，单孔纯流量0.0015m3/min，而B块段抽采平均瓦斯纯流量达到0.48m3/min，单孔纯流量0.0022m3/min，较A块段抽采效果提高了1.5倍。

3 结论

一是下向穿层钻孔施工至过煤层10m后再收钻，有利于孔内钻屑的排出。即使不能全部排出，也留有足够的空间，不至于使钻屑堵住钻孔过煤段，影响抽采效果。二是通过向孔内下高压胶皮管，连接供风系统进行压风吹孔，排出了孔内积水，实现了下向钻孔排水难的问题，提高了瓦斯抽采效果，使瓦斯抽采纯流量提高1.5倍。三是通过“两堵两注”方式进行封孔，确保瓦斯抽采钻孔不漏气，使抽采浓度提高2.3倍，进而缩短瓦斯预抽达标时间。

4 结束语

淮南煤矿绝大部分都是高瓦斯和突出矿井，瓦斯治理工作举足轻重，在瓦斯抽采技术创新方面做了很多的工作，付出了很大的人力物力，也取得了很好的效果，值得我们骄傲。在当今“新常态”下，唯有不断创新，才符合现代化矿井建设和生产的基本要求，作为技术人员的我们，必须牢牢握住瓦斯治理这根定海神针，为实现矿井的长治久安而不懈努力。

作者简介：林昌环（1981-），男，浙江温州人，2005年毕业于安徽理工大学，工程师，从事煤矿一通三防安全管理工作。