高压水力冲孔增透技术实践与应用

文/邓东生 彭行球（.深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室 .煤矿瓦斯治理国家工程研究中心）

安能煤矿10918工作面的接替面10907工作面在10918工作面回采结束3个月才能完工，矿井面临采掘接替失调，主要原因是抽采钻孔施工质量差、顺层钻孔条带预抽效果不理想，导致煤巷月度进尺缓慢。这一问题严重制约煤矿采掘接替及安全生产。为此，在安能煤矿开展了高压水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”的试验，以解决煤巷瓦斯预抽时间长、评价单元允许掘进距离短等问题。

一、基本情况

安能煤矿为贵州大西南矿业有限公司兼并重组保留矿井，生产规模为30万吨/年。C9煤层厚度1.20～2.81m。煤层结构简单，层位稳定，呈层状产出，全区稳定，一般不含夹矸。10907回风巷掘进工作面C9煤层煤层平均厚度2.4m，煤层倾角为3°～7°。C9煤层距上覆C8煤层11.51m，距下伏C12煤层43.01m；顶板岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主；底板岩性为粉砂岩、粉砂质泥岩及粘土岩，并富产植物化石。附近巷道实际揭露无断层，区内地质构造简单。

C9煤层不具有突出危险性，煤尘无爆炸危险性，煤层自燃倾向为三类，属不易自燃煤层。C9煤层坚固性系数 1.87，透气性系数 2.391～2.542 m2/MPa2·d。

10907回风巷掘进工作面北面为10907采面，距10907运输巷153m，南面为未采区域，东面为一盘区三条开拓大巷，西面为二盘区采空区。10907回风巷沿煤层走向布置，设计长度为516m，断面10.4m2，采用放炮掘进，锚网支护顶板，已掘49.8m，剩余466.2m。

二、试验前顺层钻孔施工情况

10907回风巷采取顺层钻孔条带预抽的瓦斯治理方式，顺层钻孔控制巷道两帮轮廓线外各15m范围，工作面前方90m范围。钻孔设计数量27个，终孔间距3m；允许进尺距离50m，保留超前距距离40m。钻孔施工设备为ZYJ-750型液压钻机、φ75mm钻头及φ50mm螺旋钻杆，钻进过程中采用水力排渣。钻孔封孔方式为马丽散两堵，每孔封孔长度8m。

三、优化施工工艺

1.钻孔设计

顺层钻孔优化设计后，循环允许进尺距离70m，保留超前距距离20m，钻孔其他参数不变[1，2]。

2.钻孔施工加强措施及成型保障

施工设备依旧为ZYJ-750型液压钻机。但为保障钻孔成型完好，首先对钻机进行加固，增设2个立足（见图1），减少施工过程中钻机偏摆幅度；其次钻孔在第一次钻进和之后的扩孔过程中，钻压保持稳定，匀速钻进，提高钻孔平直率；施工过程中密切观察孔口水力排渣情况，及时调整供水量，确保排渣顺畅、彻底。为增强钻孔抽采效率，加大钻孔孔径，开孔选用φ75mm钻头施工，钻孔施工到位后，换φ94mm钻头进行全程扩孔[3，4]。

图1 钻机加立足改进

3.水力冲孔增透

为增加煤层透气性、排净钻孔内煤渣及减少钻孔封孔时下封孔管的难度，采取高压水力冲孔增透技术，水力冲孔采用型号为W(GRB)315/31.5的矿用乳化泵站供高压水。

表1 10907回风巷抽采瓦斯浓度对比

钻孔扩孔至孔底后，打开高压供水阀，加大转速，对孔壁煤层进行高压水力冲洗的同时，慢速退出钻杆[5-7]。冲孔钻孔长度48～75m，单孔冲出煤量7.20～12.39 kg/m。

4.“两堵一注”及“带压注浆封孔”

钻孔注浆时采用多次加压注浆，水泥浆比例按水灰比0.8∶1配比浆液；该循环所有钻孔倾角均为0°或以上，钻孔注浆至回浆管返浆后，间隔20min左右再从回浆管继续注浆，压力要求达到3～4MPa，次数不少于2次。每个孔注浆结束至少24h后方可合茬抽采，以确保钻孔内水泥浆能够充分凝固[8]。

四、抽采效果考察

1.单孔瓦斯抽采浓度考察

抽采钻孔优化前后抽采浓度见表1。试验前顺层钻孔单孔平均抽采浓度23%；采用“两堵一注”“带压注浆封孔”及水力冲孔增透等措施后，单孔平均抽采浓度达到41%，单孔抽采浓度提高了18%。

2.单元瓦斯抽采量考察及对比分析

优化前钻孔控制范围内煤层瓦斯资源总量为166909.4m3，抽采时间32天，预抽瓦斯量为115117.88m3，瓦斯抽采率68.9%，最大残余瓦斯含量为6.9193m3/t。优化后钻孔控制范围内煤层瓦斯资源总量为173713.88m3，抽采时间20天，预抽瓦斯量为113492.74m3，瓦斯抽采率65.3%，最大残余瓦斯含量为6.5321m3/t。两者对比，单元抽采达标时间缩短12天左右。

五、结论

实践证明，采用水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺，有效提高了单孔抽采效率，单孔瓦斯抽采浓度由23%提高到41%，单孔抽采浓度提高了18%；缩短单元瓦斯抽采达标时间，使工作面提前回采，缓解采掘接替紧张局面。[本文系基金项目安徽省重点研发计划项目 “石门揭煤突出灾害微震监测技术与应用”（1804a0802214）的研究成果。]