煤层不同孔径钻孔抽采效果分析

刘洪明

（山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司， 山西 长治 046600）

引言

面对赵庄煤业瓦斯治理过程中遇到的煤体瓦斯赋存不规律、煤体松软、煤层透气性差等自然条件，为了提高本煤层钻孔单孔抽放效果，特设计Φ94、Φ113两种不同孔径钻孔进行试验，力求找出最适合本煤层钻孔抽采的孔径及下管方式，使本煤层钻孔单孔抽放效果进一步得到提升。

1 试验方案简介

试验地点选择在1310面回风巷13092巷11-13横川进行，该段地形相对平整，切面全煤，比较适合钻孔施工及后期钻孔管理、数据采集。

试验钻孔共设计4个单元，每个单元长60 m，统一采用Φ108 mm管路集中接抽模式；钻孔设计上下两排，孔间距3 m，每单元共计40个钻孔；钻孔设计深度120 m，总进尺4 800 m，采用ZDY10000L型液压坑道钻机施工，具体每单元设计试验情况如下：

1）1单元（11—12号横川前60 m）：采用Φ94 mm钻头进行施工，钻孔成孔后全程塞Φ50 mm花管；

2）2单元（11—12号横川后60 m）：采用 Φ94 mm钻头进行施工，钻孔成孔后全程塞Φ32 mm花管；

3）3单元（12—13号横川前60m）：采用Φ113mm钻头进行施工，钻孔成孔后全程塞Φ50mm花管；

4）4单元（12—13号横川后60 m）：采用Φ113 mm钻头进行施工，钻孔成孔后全程塞Φ32mm花管。

2 钻孔施工情况

4个单元共计施工钻孔160个，总进尺18329m，下管进尺14 209 m，各单元施工情况如表1。

3 试验钻孔工效对比情况

3.1 施工工效

3.1.1 Φ94 mm孔径钻孔施工情况

Φ94 mm钻头受力面积小，在相同的推力下进钻速度较快，钻孔偏移程度较小，钻杆和孔壁间形成的空间较小、煤粉残留量较少。从塌孔方面来说，Φ94 mm钻头对煤体的破坏程度小，塌孔处大块煤较少，同样的风压，排渣比较容易一些，也较干净。平均施工1 m约需2 min，施工进度相对较快。

表1 钻孔施工情况

3.1.2 Φ113 mm孔径钻孔施工情况

Φ113 mm钻头受力面积大，受力时容易发生偏移，对煤体的破坏程度大，容易造成塌孔，塌孔时的煤块也较大，成孔后排渣孔内残留煤粉较多，易堵塞。平均施工1 m约需4 min，施工进度相对较慢。可见，Φ94mm钻头在施工工效上优于Φ113mm钻头。

3.2 钻孔下管

3.2.1 Φ94 mm孔径钻孔塞Φ32 mm和Φ50 mm花管情况对比

1单元Φ94 mm孔径塞Φ50 mm花管的下管率为65.8%，2单元Φ94 mm孔径塞Φ32 mm花管的下管率为79.1%，通过数据发现Φ32 mm管的下管率要高于Φ50 mm管的下管率。通过现场对比发现，Φ94 mm孔径的钻孔在塞Φ50 mm管时需提前往里塞，塞管过程中Φ50 mm管直径与孔壁接触较近，越往里塞阻力越大，管壁几乎贴于煤壁，从而下管困难。Φ50 mm管平均下50 m左右约需40 min，80 m左右无法完成下管。而Φ32 mm管管径较细，受阻力小，平均下100 m约需30 min左右。

3.2.2 Φ113 mm孔径钻孔塞Φ32 mm和Φ50 mm花管情况对比

3单元Φ113 mm孔径塞Φ50 mm管的下管率为73.9%，4单元Φ113 mm孔径塞Φ32 mm管的下管率为90.9%，通过数据发现Φ32 mm管的下管率要高于Φ50 mm管的下管率，主要因为Φ50 mm管直径相对较大，塞管过程中受阻力较大，随深度增加，阻力逐步加大，Φ50 mm管平均下70 m左右约需30 min，80 m往后下管相当困难，造成下管下不到位，成为下管率低的主要原因。反之Φ32 mm管容易下到位，塞管过程中受阻力小，平均下100 m约需25 min左右，下管率高。可见，Φ113 mm孔径钻孔塞Φ32 mm管在下管率和工效上优于Φ94 mm孔径配Φ32 mm和Φ50 mm管。

3.3 注浆封孔效果

试验钻孔采用孔口5根Φ50 mm实管封孔，封孔深度20 m，采用两堵一注方式，注浆长度（封孔段长度）为15 m。

注浆过程中发现的问题。Φ94 mm钻径的钻孔在下管时由于钻孔孔径小，封孔管和钻孔孔壁间距较小，同时封孔管上捆绑4袋封孔胶，造成注浆管下管比较困难，注、返浆管容易发生堵塞；Φ113 mm钻头孔径相对较大，注浆管下管相对容易，注、返浆管不容易发生堵塞，但Φ113 mm钻头对煤壁破坏较大，煤体上的裂隙容易发生漏浆、泄压。

4 抽采效果对比（见表2和图1）

通过图1抽采效果对比分析，Φ94 mm钻孔塞Φ50 mm管和Φ32 mm管抽采效果相差无几，呈增长趋势，但Φ50 mm管的抽放量增长趋势要高于Φ32 mm管；Φ113 mm钻孔塞Φ50 mm管抽放量波动较大；Φ113 mm钻孔塞Φ32 mm管抽采效果不佳。

可见，相同孔径的钻孔，采用Φ50 mm管的抽采效果优于Φ32 mm管，原因是Φ32 mm管易被煤粉煤渣堵塞，影响抽采效果；塞相同封孔管的钻孔（塞Φ50 mm封孔管），Φ113孔径的抽采效果优于Φ94 mm孔径，原因是Φ113 mm孔径相对较大，在孔深一定的情况下，煤壁裸露面积较大，瓦斯涌出面积是Φ94 mm孔径的1.2倍；塞Φ32 mm封孔管时，Φ113 mm孔径的抽采效果最差，原因是Φ113 mm孔径的钻孔煤体破坏最大，钻孔内部不稳定，容易发生后期塌孔，Φ32 mm花管被堵塞后，抽采效果不佳。

表2 13092巷不同孔径和封孔管试验数据统计

图1 13092巷不同孔径和封孔管试验百米流量趋势图

5 结论

1）相同孔径的钻孔，采用Φ50 mm管的抽采效果优于Φ32 mm管。

2）塞同样大小的花管，采用Φ50 mm花管的Φ113 mm钻孔的抽采效果优于Φ94 mm孔径；采用Φ32 mm花管的Φ94 mm钻孔的抽采效果优于Φ113 mm钻孔。

3）钻孔孔径和封孔管管径存在一定关系：当煤体较硬时，孔径越大，采用封孔管管径越大，抽采效果越好；当煤体相对较软时，孔径越大，采用封孔管管径越大，抽采效果较好，采用封孔管管径越小，抽采效果越不好。