低透气煤层掏煤卸压强化抽采技术应用

汪金业

(淮南矿业集团， 安徽淮南232001)

低透气煤层掏煤卸压强化抽采技术应用

汪金业

(淮南矿业集团， 安徽淮南232001)

基于丁集矿11-2煤层松软、透气性差等煤岩体结构特征，借鉴保护层开采卸压煤层瓦斯治理(抽采)在淮南矿区成功应用经验，在无合适保护层开采条件下，通过掏取抽采钻孔煤岩段煤体进行卸压，现场应用及效果考察显示，取得预期效果。

低透气性； 掏煤卸压； 增透； 效果考察

1 引言

丁集矿掩护1222(1)运顺掘进的底板抽采巷布置在11-2煤层底板、法距25～30 m砂质泥岩中，内错1222(1)运顺30 m(平距)。巷道设计长度约3 000 m，断面设计3.3 m(高)×4.6 m(宽)，每30～40m设计一个钻场，每个钻场设计3～5组，每组设计10个钻孔,如图1所示。

图1 钻孔施工布置图

对先期施工的底板巷钻孔抽采效果检测时，发现抽采浓度低、流量小、衰减快，纯抽采量小于设计的单元百孔0.5 m3/min，不能有效解决煤巷掘进瓦斯隐患，必须进行必要的强化抽采措施。

2 方案设计

2.1 11-2煤层

11-2煤层厚2.5 m，为突出危险煤层，松软、透气性差，实测瓦斯压力1.1 MPa，瓦斯含量5.65 m3/t。

2.2 强化措施

通过增加抽采钻孔(场)达到强化抽采效果，较大幅度增加施工成本，压缩施工空间，拉长工序衔接时长，可行性差。基于11-2煤体结构，结合保护层开采瓦斯治理成功经验，以及各类增透措施强化抽采技术研究与实际应用，确定选取机械掏煤与水力射流掏煤措施进行卸压增透[1-4]。

2.3 参数

为有效增加煤层透气性，要求钻孔控制范围内煤体有3 ‰变形空间[5-7]，根据钻孔布置密度及钻遇煤岩段长，要求钻孔在煤岩段孔径不小于300 mm，既平均单孔每米出煤量不小于85 Kg。

3 现场实施

3.1 掏煤钻孔设计

钻孔布置按原设计执行,如图1所示。孔径，岩心段113 mm；煤心段大于300 mm。

3.2 掏煤施工工艺

3.2.1 施工设备及器具

钻机。低转速、大转矩ZDY-3200S型煤矿用全液压坑道钻机；钻杆。Φ73 mm肋骨钻杆；钻进钻头。施工时使用Φ113 mm复合片钻头，如图2a所示；掏穴钻头。掏穴钻头胎体规格(直径×长度)。Φ98 mm×366 mm，单翼，翼片张开直径Φ300 mm，如图2b所示。

图2a Φ113 mm水力掏穴钻头图

图2b Φ300 mm机械掏穴钻头图

3.2.2 机械掏煤施工工艺

采用Φ113mm钻头开孔钻进，施工到设计孔深，用压力水冲尽孔内煤岩粉后起钻，收集并计算煤粉量;采用Φ300 mm掏穴钻头掏煤，当孔内无明显返渣、钻孔见岩时，掏煤结束。收集并计算煤粉量。

3.2.3 水力射流掏煤施工工艺

机械掏穴结束后，继续带水冲孔3～5 min，密切察看孔口煤岩粉排出情况；直到孔口无明显返煤渣时，起钻更换水力射流掏煤钻头，如图2b所示；下至煤层段，泵压控制在3～5 MPa，前后拉动钻具，对煤层段进行2～3次循环冲刷，直到孔口无明显返煤渣时，停止冲孔，然后再起出钻具；起钻完毕，收集煤粉并计量。

4 效果考察

4.1 出煤量

1222(1)运顺底抽巷，考察阶段(巷道段长1 200 m)共施工扩孔卸压钻孔1 551个，累计掏煤段长7 115 m，总出煤量783 t，平均每孔出煤量约为500 kg。

统计显示，Φ113 mm钻头煤层段钻进，产生的煤屑质量为13.03 kg/m；Φ300 mm钻头掏穴后产生煤屑质量为78.80 kg/m；水力射流掏煤后产生的煤屑质量为108.69 kg/m。其中，Φ300 mm钻头掏煤产生的煤屑量略小于理论计算量，可能因为翼展不充分或未全掏煤段展开；水力射流掏煤后，煤岩段相当产生一孔径为326 mm的钻孔。掏煤后形成的空间约593 m3，占预抽条带(图1阴影部分)空间5 ‰，达到设计目的。

1222(1)运顺底部分掏煤情况情况见表1。单位掏煤量均方差20.2 kg/m，单位掏煤量变异系数15.9 %，掏煤后形成的空间分布比较均匀，利于预抽条带煤层整体变形卸压。

表1 1222(1)运顺底抽巷部分钻孔掏穴情况表

4.2 抽采量

1222(1)运顺底抽巷采取增透措施前百孔抽采量为1.01 m3/min，采取增透措施后百孔抽采量为2.03 m3/min，抽采量提高了1.02 m3/min，效率增加1倍。如图3所示，1222(1)运顺底抽巷2单元为采取掏煤卸压增透措施前施工的钻孔，1222(1)运顺底抽巷9单元为采取增透措施后施工的钻孔。

图3 1222(1)运顺顺底抽巷2单元 和9单元抽采量对比(时间：d)

4.3 效果检验

经检验实测[8]，瓦斯压力由1.1 MPa降至0.3～0.4MPa，瓦斯含量由5.65 m3/t降至3.29～3.73 m3/t，预抽率34 %～42 %，满足掘进要求。

5 结语

前期施工的掩护丁集矿1222(1)运顺掘进的抽采钻孔抽采效果未达到安全掘进要求；根据11-2煤层松软、透气性差等特征，在保持原钻孔布置方式基础上设计一套掏煤卸压强化抽采措施；现场实施强化措施后，通过考察钻孔“出煤量” “抽采量”及措施效果检验，均达到设计效果；在无合适保护层开采条件下，掏煤卸压强化抽采技术适于淮南矿区松软、透气性差煤层瓦斯治理，已在全矿区推广应用。

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[3] 袁亮，薛俊华，张农,等．煤层气抽采和煤与瓦斯共采关键技术现状与展望[J]．煤炭科学技术，2013(9):6-11,17.

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[8] 王坤．丁集煤矿1222(1)采煤工作面区域预抽达标评判报告[R]．淮南：丁集煤矿，2016.

2017-03-09

汪金业(1966-)，男，安徽六安人，工程师，从事煤矿通风安全工作，电话：13635541116。

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1671-4733(2017)04-0001-02