梁北煤矿快速水力冲孔技术应用探讨

葛领勋 蒋现科 高永红

（河南神火集团梁北煤矿，河南 禹州 452570）

梁北煤矿位于河南省禹州市以南约7km，矿井于1997年开工建设，1999年6月和7月在建井期间发生两次煤与瓦斯动力现象，经重庆煤科院鉴定为煤与瓦斯突出矿井。

梁北煤矿二1煤层瓦斯含量为5.73～13.93m³/t，瓦斯压力0.6～2.75MPa，煤体坚固性系数f=0.15～0.25，煤层透气性系数为 0.0011～0.0454m2/MPa2·d，属于较难抽放性“三软”煤层。二1煤层属于Ⅲ类不易自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性。

1 工程概况

梁北煤矿32051工作面是32采区首采面，位于32采区东翼，该面东至箕阿、铁李新村保护煤柱，西至采区上山保护煤柱，上部为DF3断层保护煤柱，采面南部发育有F1断层（H=170～335m ∠60°），32051工作面布置在DF3断层与F1断层之间。

32051工作面中巷底抽巷全长实掘830.978m，巷道布置在太原组上段岩层（L7～L9灰岩）内，主要揭露L7灰岩、一14煤、一15煤、一16煤、L8灰岩、一17煤、L9灰岩，之后以砂质泥岩（L8灰岩）为顶板。

2 方案设计

水力冲孔是指利用钻机打钻时喷射的水射流在突出的煤层内冲出煤炭和瓦斯或诱导可控制的小型突出，以造成煤体卸压，排放瓦斯，消除采掘突出危险的方法。对有自喷能力的煤层，用于石门揭煤时是安全可靠的。适用于松软有严重突出危险的自喷煤层。

为释放突出潜能，减小或消除突出危险，利用带高压水钻头向煤层中喷射，达到煤体泄压、瓦斯释放的效果。水力冲孔卸压增透措施是在岩柱的掩护下，施工钻孔后，采用高压水通过高效喷头冲击钻孔周围的煤体，冲出大量煤体和瓦斯，应力集中向冲孔周围移动，使冲孔附近煤体卸压增透，有效地提高了抽放效果。该技术通过改进水力冲孔方法在梁北煤矿应用并取得了较好的效果。

水力冲孔通过连接孔口三通至防喷箱，使防喷箱向煤池流煤，再经过煤池水煤分离，达到水力冲孔效果（见图1：水力冲孔示意图，图2：煤池架）。

图1 水力冲孔示意图

图2 煤池架

3 技术方案比较

（1）旧式冲孔。水力冲孔用Φ153mm钻头开孔7m， 然后下入Φ146mm套管4m。固孔可采用合成树脂封孔剂和毛巾或布头，冲孔时使用加工好的孔口法兰通过丝扣固定在套管上，通过连接孔口三通至防喷箱（防喷箱规格：Φ1m×1.5m）。煤池通过煤袋堆成长方形，冲孔煤量通过防喷箱出水端流煤至沉淀池，工人通过从沉淀池中捞煤至煤池。煤池长约6m，煤池中间安排两人翻煤。

（2）新式冲孔。水力扩孔用Φ153mm钻头进行开孔，固孔采用1m长Φ146mm套管顶板生根固孔。其中套管上加工的法兰盘直接使用8#铁丝固定于顶板锚杆上（冲完孔后套管可拔出复用），冲孔时直接将孔口三通连接至法兰盘，中间采用螺丝固定，通过连接孔口三通至防喷箱（防喷箱规格：Φ0.6m×1.5m）。防喷箱一侧通过倒链或8#铁丝固定于顶板上，一侧直接放至煤池上，防喷箱向煤池方向倾斜，倾斜角度75°。煤池通过钢板连接成长方形放于底板上，在煤池两侧及尾侧设置水、煤分离口（长宽约为1m×0.5m，尾部0.5m×0.5m），分离口处采用孔径5mm的钢网连接。煤池两侧连接三道爪钉，防止冲孔时煤体挤压钢板造成煤池变形，待煤池内流入煤量达标即可。

（3）新、旧冲孔方式对比表见表1。

表1 新、旧冲孔方式对比表

4 封孔工艺

钻孔施工结束后，穿层钻孔进行全程封孔。每个穿层钻孔施工完毕后，采用Φ32mm×2m聚乙烯管+尖端堵头+Φ16mm注浆管+囊袋+树脂材料进行封孔。对穿层钻孔进行全程封孔，钻孔见煤点外2m至孔底全部使用花管，其余全部使用直管，封孔器（囊袋）捆绑在距花管2m位置，预留注浆管捆扎在距上部囊袋2m处，最后一根封孔管使用2组合成树脂材料进行固孔，在孔口300～500mm处绑上挡圈（布头），封孔管外漏200～300mm。

5 井下应用注意事项

（1）开启高压注水泵进行供水，扩孔期间高压注水泵的终孔端泵压在4～10MPa。若煤体瓦斯指标超过10m³/t，终孔端泵压相应降低1～2MPa，防止冲孔速度过快造成瓦斯超限。

（2）冲孔时因现场条件限制，钻机与煤池间距过长时，防喷箱长度可相应加长，防喷箱加长时放置倾角可适当调大。

（3）在冲孔期间，钻机推进过程中应带转慢速进钻，在进入煤层1～2m进行冲孔。如果有堵钻孔等现象，可采取快进、快退、快转或去钻杆重复冲洗等措施。如果有煤量增加或喷孔现象，应停止推进和旋转，待孔内出水正常后再继续钻进。

6 结 语

通过水力冲孔方式的改变，改善了采面接替紧张的问题，有效地保证了瓦斯抽放时间，实现了生产安全、高效、平稳运行。改进后的水力冲孔单孔降低材料费150元，施工进度提高约3倍，劳动强度降低约3倍，现场文明卫生也得到明显改善，降低了电泵损坏频率。新型水力冲孔施工工艺在终孔端调整了高压注水泵泵压，使冲孔在煤体中产生更大的空隙，瓦斯抽采流量提高1.5～2倍，高瓦斯浓度抽放时间延长约1.1倍，达到了理想的效果。