单一低透气性松软突出煤层人工强化卸压增透瓦斯治理技术

2016-08-01余加正

人间 2016年21期

关键词：冲孔透气性煤体

余加正

（国投河南新能开发有限公司，河南郑州 451100）

单一低透气性松软突出煤层人工强化卸压增透瓦斯治理技术

余加正

（国投河南新能开发有限公司，河南郑州 451100）

单一高瓦斯煤层的开采往往伴随着大量瓦斯涌出，严重威胁到矿井安全生产。本文分析王行庄煤矿采用的水力射流措施，使钻孔内煤体在水力射流的作用下可控的从钻孔排出，扩大单个钻孔的有效影响半径，利用煤体的流变作用，连通各钻孔，在煤层内部形成保护层，转移区域煤层地应力，同时进一步扩大卸压区域，达到整体卸压增透。

水力射流；割缝；提效

国投河南新能开发有限公司王行庄煤矿主采煤层为单一高瓦斯低透气性松软煤层，煤层f值为0.12～0.2之间，煤层瓦斯含量较高，透气性较差，瓦斯抽采效果不理想。煤体多以粉状为主，属于典型的高瓦斯、低透气性煤层。现提出建立单一高瓦斯低透气性煤层人工强化卸压增透瓦斯治理技术。通过水力射流，使钻孔内煤体在水力射流的作用下可控的从钻孔排出，扩大单个钻孔的有效影响半径。利用煤体的流变作用，连通各钻孔，在煤层内部形成保护层，转移煤层地应力，进一步扩大卸压区域，达到整体卸压增透，更大范围的提高煤体透气性，提高瓦斯抽采效果。目前，工作面增透卸压措施主要有：深孔注水、水力冲孔、深孔松动爆破、水力割缝等。

一、技术方案

（一）王行庄煤矿基本参数测定。

为了对水力射流技术进行充分考察，设计在11091底抽巷布置钻孔，测定煤层瓦斯压力、取样测定原始煤层瓦斯含量，原始煤层透气性系数及工业分析；测定透气性系数钻孔完成后，继续测定煤层瓦斯压力等参数。水力射流完成预抽一定周期后，继续测定该处煤层透气性系数，煤层瓦斯含量等参数。作为措施实施前后效果对比指标。同时在底抽巷内选取一列穿层钻孔实施水力冲孔措施，冲孔后进行联网抽采，抽采效果与水力射流钻孔进行对比分析。

（二）水力射流钻孔设计。

在11091底抽巷施工穿层割缝钻孔，每列布置7个钻孔，列间距为5m，钻孔直径94mm，排间距0.4m，其中中间一个钻孔布置在煤层巷道中部。

（三）割缝钻孔施工流程。

1.现场施工时，先利用岩石钻头进行岩石段的钻孔打钻至煤层顶板，退出钻杆换上水力割缝钻头继续钻进到煤层顶板位置后退钻水力割缝。2.当执行水力割缝措施时，采用进钻割缝方案。每一根钻杆割缝时间为20min左右，根据现场情况，压力保持在10-15MPa之间。3.在升高压力对煤体割缝之前，应保证钻机旋转，以防止割缝产生的大量煤粉堵塞钻孔而造成抱钻。4.每割缝完成一根钻杆后，应先调节安全控制器将管路压力降到0MPa，并关闭进水辫管路上的球阀，确保管路中没有水流过，才能进行拆卸钻杆作业。严禁管路中有高压水时进行钻杆拆卸作业，严禁管路没有连接好之前给管路升压。5.每次水力割缝时，在钻进钻杆时，要保证钻杆清洗一遍，保证钻杆内部没有颗粒状的煤体，防止堵塞喷嘴。6.每列7个钻孔全部割缝结束后，再逐个注浆封孔。

（四）水力冲孔流程。

1.穿层钻孔施工到设计深度后，使用正常钻进钻头加大压力到10MPa，对煤孔段进行冲孔，对冲出煤量进行统计。2.水力冲孔在退钻杆过程中进行，每根钻杆冲孔20min。3.所设计水力冲孔钻孔全部冲孔完毕后，注浆封孔。

二、“两堵一注”封孔技术

（一）封孔原理。

抽放瓦斯用注浆式（水泥浆）封孔器的注浆管与注浆泵连通，浆液因注浆压力进入注浆管，由于单向阀的作用浆液进入囊袋1及囊袋2，囊袋迅速膨胀，将囊袋的外径紧固在煤层孔壁上，将封孔器两端的孔封闭；当压力大于1.6MPa时，爆破阀爆破，浆液将两个囊袋中间的部分充满，进而实现多层密封，通过瓦斯抽放管连接抽放瓦斯。

（二）封孔。

割缝钻孔所有工序全部完成后，准备封孔注浆液，使用“两堵一注”封孔器注浆封孔，封孔深度10m。

（三）联网抽采。

割缝钻孔封孔后，因使用新型注浆膨胀材料，注浆3h后便可联网抽采。

三、水力割缝效果

通过对11091底抽巷穿层钻孔实施“水力割缝”人工卸压增透技术后，现场观测一定周期，并对比观测割缝抽采孔与水力冲孔抽采钻孔瓦斯流量和浓度，得到如下结论：

（一）割缝孔的瓦斯抽采流量高于未割缝孔，并且割缝孔的瓦斯抽采流量先增大后衰减再增大的趋势。这表明，煤体在进行水射流割缝卸压后，煤体渗透性明显提高，有利于抽采；由于割缝作业对煤体透气性的影响，以及割缝后煤体的流变作用，扩大了卸压影响范围，在割缝考察后会出现抽采量的明显提高。

（二）经过一个月的考察时间后，割缝孔抽采最大纯量为0.038m3/min，水力冲孔的最大抽采纯量为0.0031m3/min。割缝孔平均抽采纯量为0.0309m3/min，水力冲孔的平均抽采纯量为0.0035m3/min。割缝孔正常抽采最高浓度为55.8%，水力冲孔为15%。割缝孔平均浓度为35%，水力冲孔为7%。割缝孔抽采瓦斯浓度是水力冲孔的2.3倍，割缝孔抽采瓦斯流量是水力冲孔的8.8倍。这表明割缝后，煤体渗透性提高，卸压影响范围增大，瓦斯源更加充足，更多的瓦斯解析涌出，抽采浓度变大。

（三）割缝孔的抽采浓度明显大于水力冲孔，并且割缝孔的浓度比较稳定。对比割缝钻孔，出煤量越大，瓦斯抽采浓度越大，并维持在45%左右，水力冲孔浓度维持在7%，且浓度波动比较明显，说明人工强化卸压增透技术有效的扩大了煤体的卸压区域，提高了煤体中瓦斯的渗流，形成较稳定的卸压区域。

（四）通过统计、计算割缝钻孔割出煤量，对割缝钻孔煤体扰动范围的对比分析，割缝抽采钻孔与水力冲孔相比，直接扰动煤体半径提高26倍左右，直接扰动煤体体积提高160倍左右，煤体暴露表面积增大10倍左右，水力割缝钻孔有效影响半径在5～7m之间，相对于水力冲孔瓦斯抽采影响半径提高了10倍左右，孔内割缝措施具有扩大抽采单孔有效影响范围，减少措施孔数目，减少工程量，提高防治瓦斯灾害工程效率等优点。

（五）实施“水力割缝”人工强化卸压增透技术过程中，使用水力射流钻杆，最高水射流压力可达到32MPa进行回钻杆割缝，钻杆无漏液卸压现象，保证了割缝效果。