水力冲孔预抽瓦斯在胡底煤业的应用

2019-04-28张鹏

煤 2019年4期

张鹏

(晋煤集团胡底煤业有限公司，山西晋城 048214)

随着煤矿开采不断向深水平延伸，高地应力与高瓦斯压力严重制约着煤矿安全生产。为此，专家学者不断研究保护煤层的开采，以实现对被保护煤层的卸压增透作用，避免发生煤与瓦斯突出事故，并且都取得了一定成果。然而，对于胡底煤业1310工作面煤层而言，不具备保护煤层，因此其开采难度相对较大。之前在底板稳定岩层中布置底抽巷，对1310煤层瓦斯通过穿层钻孔进行预抽，但无法达到预定效果，主要由于地应力高、瓦斯含量高，造成局部区域钻孔成孔困难、塌孔严重、抽采达标难度大，为此，提出采用水力冲孔的方案，利用高压水源实现对原有钻孔的水力造穴，取得了不错的效果。

1 矿井概况

晋煤集团胡底煤业位于山西省沁水县胡底乡，年设计生产能力60万t，属于突出矿井；主采3号煤层，煤质松软，透气性差，分上下两层开采，先采上分层，后采下分层，上、下分层设计采高分别为2.85 m和2.86 m，内错5 m布置。根据瓦斯预测报告显示，胡底煤业3号煤层最大瓦斯压力为3.67 MPa，远远大于国家安全规定。煤层瓦斯压力对安全生产产生巨大影响，原有底抽巷穿层钻孔无法满足低渗透性煤层瓦斯的抽采，因此，有必要对煤层采取卸压增透措施，提高瓦斯解吸率，使吸附态瓦斯极大地转变为游离态瓦斯，实现瓦斯最大程度抽采。

2 水力冲孔消突原理及钻孔设计

2.1 消突原理

胡底煤业的水力冲孔是在原有穿层钻孔的基础上进行的消突措施，对1310-2号底抽巷实施水力冲孔有两方面优势：一方面可以利用高压水射流对煤层进行冲刷，形成洞穴，为煤体膨胀变形提供足够空间，提高煤体透气性，起到局部卸压的作用，为地应力转移创造条件；另一方面，水力冲孔过程中能够利用水力作用增加煤体塑性，湿润煤体，降低煤体表面活性能，有利于煤体弹性势能的降低，减小瓦斯膨胀能，有效提高煤体中残存瓦斯的解吸速度。因此，水力冲孔的应用，不仅对于瓦斯抽采浓度的提高具有显著效果，而且对于高瓦斯煤矿的防突也具有重要作用。

2.2 水力冲孔流程

水力冲孔是利用原有穿层钻孔进行二次冲孔，因此实施过程中，在煤层中穿入高压水射流专用钻头，钻头水射流压力保持在20 MPa、流量稳定在180 L/min，这样可以保证周围煤体在高压水射流的作用下形成大量孔洞裂隙，为瓦斯解吸提供顺畅通道，提高瓦斯抽采浓度。

为保证瓦斯最大程度的抽采，不影响采空区瓦斯抽采效果，应提前关闭进入采场的控制阀门，并在进入采空区4 m后再打开阀门，确保瓦斯的充分抽采。

2.3 钻孔设计

水力冲孔出煤量达到钻孔影响区域内煤体的1%～3%时，可实现冲孔区域煤体裂隙最大范围扩张，煤层透气性大幅度增加，钻孔瓦斯抽采效率得到明显提升。胡底煤业底抽巷在进行实际操作时将出煤量的比例取为2%，为了提高现场实际可操作性，按照每米钻孔出煤量为0.5 t计算，设计出底抽巷水力冲孔参数，钻孔布置如图1所示。

试验地点设在1310回风巷两侧3号煤层，两侧煤层钻孔对称布置，煤层底板岩层中设置底抽巷，距离底板12 m，利用该底抽巷向工作面均匀施工穿层钻孔，钻孔布置见煤密度为3m×1m，呈网格状布置，沿底板走向每隔20m布置1个钻场，每个钻场分两组钻孔布置，每组布置3～4排钻孔，一翼单组布置9个钻孔，双组布置8个钻孔，共布置32个钻场，264个穿层钻孔。每个钻场有效抽采半径达到60m左右，满足1310工作面3号煤层瓦斯抽采覆盖范围，但卸压效果、抽采效果都不理想，所以，在原钻孔基础上实施水力冲孔，提高瓦斯抽采力度，降低煤层瓦斯压力，为安全生产提供了保障。

图1 钻孔布置

3 水力冲孔综合效果分析

1310-2号底抽巷水力冲孔与原钻孔相关瓦斯抽采数据对比如表1所示。

表1 1310-2号底抽巷水力冲孔前后抽采数据对比统计

通过对比分析可知：普通钻孔抽采后煤层瓦斯最大压力达到3.67 MPa，采用水力冲孔措施抽采后煤层瓦斯最大压力下降至0.69 MPa，说明水力冲孔措施对煤层卸压效果良好；水力冲孔后钻孔的抽放浓度提高了12%，抽放量提高了56%，说明此项措施提高了瓦斯在煤层中的渗透性，表明水力冲孔措施提高了瓦斯抽采效果，增透作用明显。