抽采孔修复增透技术在石门揭煤中的应用

王洪盘 闫本正 陶云奇 陈顶峰

(1.河南能源化工集团研究院有限公司，河南省郑州市，450046；2.河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心，河南省郑州市，450046)

抽采孔修复增透技术在石门揭煤中的应用

王洪盘1,2闫本正1,2陶云奇1,2陈顶峰1,2

(1.河南能源化工集团研究院有限公司，河南省郑州市，450046；2.河南省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心，河南省郑州市，450046)

针对演马庄矿石门揭煤存在突出危险性大、技术工艺复杂的问题，采用抽采钻孔修复增透技术，对石门揭煤区域设计的抽采钻孔进行水力冲孔修复，提高了钻孔的抽采效果，实现了石门揭煤区域储层的快速消突，大大提高了高突煤层石门揭煤的速度，较好地解决了煤矿井下采掘作业接替紧张的现状。

石门揭煤 突出危险性 钻孔修复增透技术 抽采效果

我国煤炭资源的开采方式主要为井工开采，由于煤层赋存条件复杂，且大部分为单一煤层，开采过程中易受到水、瓦斯、煤尘、火等灾害的威胁。在煤矿井下灾害中，由瓦斯引发的安全事故尤其严重。石门揭煤造成瓦斯突出作为一种常见的瓦斯事故，其特点是石门或者井巷工作面潜伏的煤体由于隔离岩柱在爆破揭煤时的突然破坏，使煤层的应力状态或者瓦斯赋存状态发生突变，在两者共同的作用下，大量的煤、瓦斯向巷道运移，造成井巷工作面内的人员财产损失。石门揭煤在煤与瓦斯突出矿井中，由于其技术工艺复杂，防突工作难度大，矿井需要投入大量的人力和物力，执行的石门揭煤措施时间长，造成矿井生产接替极其紧张。

本文通过在河南能源焦作煤业演马庄矿的石门揭煤试验，形成了利用瓦斯抽采孔修复增透技术进行石门揭煤的措施，对类似条件的高突矿井的石门揭煤提供一套可借鉴的技术工艺。

1 抽采孔修复增透技术

1.1 抽采孔修复增透设备

抽采孔水力修复作业机的构成包括作业机主机、高压钢管输送装置、高压水泵站、水箱。作业机的工作原理是将一条柔性可缠绕高压钢管缠绕作业机主机的滚筒上，根据不同的煤体类型选用合适的喷头，将高压水喷头安装到钢管的顶端，使高压水通过钢管传送至头部喷头上，产生高压水射流，对钻孔煤孔段进行冲孔，连续油管和钻孔直径形成的环空作为煤岩粉排渣通道，对钻孔进行修复增透。抽采孔水力作业机可通过调节泵的压力、流量以及更改喷头组合类型提高钻孔修复增透效果。

1.2 抽采孔修复增透流程

(1)根据瓦斯抽采孔的位置放置作业机，调整作业机高低和作业机角度，使输管器正对作业孔。手动操作方向流量控制阀启动输管器，使喷嘴进入作业孔至适当的位置。

(2)检查现场，确定无影响正常作业的物品，人员全部撤至安全地带。操作人员到远程控制操纵台。

(3)启动高压注水泵站，调整水路压力和流量，开始向作业孔喷射高压水，根据视频观察到的情况确定送管速度，进行疏孔作业。

(4)操纵方向流量控制阀，回拉操纵杆，开始收管，根据作业工艺确定高压水压力流量。不需要时可关闭注水泵电源。

(5)收管结束，操纵方向流量控制阀至中位，关闭油泵电源。

2 石门揭穿煤层作业区域概况及实施流程

试验区位于演马庄矿二七下山石门揭煤区域，二七下山采区东至第十一勘探线即井田边界，南至井田边界，西至马坊泉断层(F07、F137)，北至马坊泉断层(F204)。二七下山采区走向长度为1210 m，倾向长度为1270 m，面积1415700 m2，煤储层的可采储量为1169.25万t，采区内煤层赋存变化较小，煤层平均厚度为7.03 m。二七下山采区为双翼采区，共设计3条下山，其中下山轨道巷和下山胶带巷位于煤层顶板，下山回风巷位于煤层底板。

2.1 煤层赋存及瓦斯情况

二七下山底板回风巷位于二七下山采区，标高-376.4～-237.9 m，煤层平均厚度5.2 m，煤层倾角为7°～10°，实测该区域的瓦斯含量为17.1 m3/t，吸附常数a为48.7805 m3/t，b为0.842 MPa-1，水分为1.62%，灰分为12.02%，挥发分为7.43%，坚固性系数为0.35。依据二七下山采区瓦斯地质情况，该区域所揭二1煤层属突出煤层，揭煤作业过程中必须采取有效的防突出措施。

2.2 揭煤实施流程

本次揭煤采用六步石门揭煤法自二七下山底板回风巷揭开二1煤层，具体揭煤流程如下：

(1)当二七下山底板回风巷掘进至距煤层法向距离10 m时，在二七下山胶带巷向揭煤区域煤层施工6个穿过煤层全厚的超前探测钻孔，在10 m岩柱以外提前探明煤层位置、产状和测定揭煤地点瓦斯参数。

(2)在二七下山底板回风巷掘进至距离煤储层的法向距离7 m前施工穿层钻孔抽采揭煤区域煤储层赋存的瓦斯，并进行效果检验，直到有效。

(3)在二七下山底板回风巷掘至距煤层最小法向距离5 m时，实施区域验证。根据效果检验的结果采取不同措施，若区域验证具有煤与瓦斯突出危险性，则在实施局部防突措施后，再次进行效果检验，直至证明措施有效为止；如果区域验证结果不具有煤与瓦斯突出危险性或在实施局部防突措施并且经过验证为有效时，采取边探边掘作业，一直到实施远距离爆破作业至距煤层最小法向距离2 m。

(4)在距煤层最小法向距离2 m时，经效果检验指标不超后，平行于煤层顶板沿倾向做导硐，导硐做好后沿巷道上部轮廓线施工19个煤体固化钻孔及沿巷道底部施工5个金属骨架孔，插入金属骨架并进行煤体加固，导硐挖底前再次进行工作面措施效果检验，若检验结果具有煤与瓦斯突出危险性，则需要实施局部防突措施，直到措施有效。

(5)导硐挖底0.5 m，需再次进行效果检验，在检验结果具有煤与瓦斯突出危险时实施局部防突措施，直至局部措施有效。如果没有煤与瓦斯突出危险，则需要在有安全防护措施的情况下采用远距离爆破作业来揭穿二七下山回风巷煤层。

(6)二七下山回风巷揭开煤储层至进入煤储层底板2 m岩柱都为过煤门阶段，需严格执行远距离爆破的安全措施，直至进入煤储层底板的距离超过2 m以后，揭煤作业结束。揭煤流程图见图1。

3 抽采孔修复增透技术的应用

3.1 现场应用情况

依据揭煤设计及实施流程，自二七下山胶带巷施工穿层钻孔，抽采揭煤区域赋存的瓦斯，以达到煤储层消突的目的。采用抽采钻孔水力修复作业机对穿层钻孔实施修复增透作业，以使该区域快速消突。实施期间，瓦斯抽采钻孔的单孔冲出煤量约2 t；冲孔期间个别孔喷孔严重，二七下山胶带巷回风中的瓦斯浓度最高为0.5%。通过对工艺孔进行水力修复作业，穿层钻孔的瓦斯抽采浓度和流量都有了显著的提升。

图1 二七下山底板回风巷揭煤流程图

3.2 应用效果分析

通过对巷道回风流瓦斯浓度的检测及钻孔单孔、孔组的抽采参数的检测，分析该技术的应用效果。

(1)对二七下山胶带巷穿层钻孔修复增透前，通过地面监控系统监测巷道回风流中的瓦斯浓度在0.1%～0.2%之间，冲孔期间巷道回风流瓦斯浓度在0.25%～0.45%之间, 修复期间巷道回风流瓦斯浓度监测曲线如图2所示。表明修复期间，由于高压水和瓦斯动力的作用，钻孔冲出大量煤与瓦斯，对水力冲孔钻孔及其周边钻孔起到卸压增透的效果，随着瓦斯的喷出，也释放了瓦斯动力，降低了瓦斯压力。

图2 修复期间巷道回风流瓦斯浓度监测曲线

(2)通过对胶带巷穿层钻孔的水力冲孔修复，大量的煤体和瓦斯随水排出，在钻孔内形成一个较大直径的孔洞，使得在一定区域内煤体卸压，工艺孔的单孔抽采量大大增加。水力修复前后钻孔流量及日抽采量对比如图3所示。

图3 水力修复前后钻孔流量及日抽采量对比图

(3)工艺孔水力冲孔修复后，冲出大量的煤，对工艺孔周边钻孔起到卸压增透的作用，大大提高了工艺孔周边钻孔的瓦斯抽采量，通过对测点引流管观测数据考查，修复后抽采量呈上升趋势。水力修复前后钻孔抽采量对比情况如图4所示。

图4 水力修复前后钻孔抽采量对比图

4 结论

通过采用抽采钻孔修复作业机，对石门揭煤区域的瓦斯抽采钻孔进行水力修复增透作业，提高了钻孔的抽采效果，实现了石门揭煤区域储层的快速消突，大大提高了高突煤层石门揭煤的速度，能较好地解决煤矿井下采掘作业接替紧张的现状，也为有类似难题的矿井提供了一种有效的技术方案，在安全生产、节约成本等方面均具有重要的现实意义。

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Applicationoftechnologyofrepairingpermeabilitybypumpingholeincross-holecoalmining

Wang Hongpan1,2, Yan Benzheng1,2, Tao Yunqi1,2, Chen Dingfeng1,2

(1. Henan Energy and Chemical Industry Group Co., Ltd., Zhengzhou, Henan 450046, China; 2. Henan Coal and Gas Co-mining Engineering Technology Research Center of Low Permeability Outburst Coal Seam, Zhengzhou, Henan 450046, China)

Aiming at the high outburst risk and complex technical procedure of cross-hole coal mining at Yanmazhuang Mine, through the use of drainage drilling technology to increase permeability, hydraulic flushing borehole repairing was used for designed water pumping coal area of cross-hole, the drilling pumping effect was enhanced, rapid outburst removing of cross-hole was achieving, which greatly improved the uncovering speed of cross-hole of high outburst coal seams, the present situation of mining operation replacing tension in coal mines could also be solved better.

cross-hole coal mining, outburst risk, technology of repairing permeability by pumping hole, drainage effect

TD713.3

A

河南省创新型科技人才队伍建设工程(164100510024)

王洪盘，闫本正，陶云奇等. 抽采孔修复增透技术在石门揭煤中的应用[J].中国煤炭，2017,43(11)：97-100，119.

Wang Hongpan, Yan Benzheng, Tao Yunqi, et al. Application of technology of repairing permeability by pumping hole in cross-hole coal mining [J]. China Coal, 2017，43(11):97-100，119.

王洪盘(1986-)，男，河南开封人，工程师，硕士，从事矿井瓦斯防治、煤矿安全高效开采的研究。

(责任编辑 张艳华)