松软层底板穿层钻孔瓦斯抽采提浓增量工艺研究

关键词：底板穿层钻孔;瓦斯抽采;最大化

童亭矿为瓦斯突出矿井，7层和8层为主采层，其中7号层瓦斯压力在0.18-1.92MPa，瓦斯含量在1.86-10.69m3/t;

8号层瓦斯压力在0.17-2.1MPa，瓦斯含量在1.7-11.36m3/t。近年来，随着矿井10层优势资源的枯竭，主力采区向7、8层高瓦斯区域延伸，采掘活动由无突出危险区向突出危险区和升级区扩展，灾害治理难度陡然增大，特别是在86采区瓦斯治理上遇到了极大的困难，受原始应力和构造应力影响，工作面松软破碎、瓦斯含量高、地应力大、围岩破碎，在底板穿层钻孔预抽瓦斯期间，常常造成塌孔、堵孔、钻孔漏气等问题，面对工作面瓦斯治理难题，如何避免这些问题，最大化提高瓦斯抽采效果，确保效果达标成为瓦斯治理的关键。

1 概况

童亭矿86采区为防突升级区，86采区8号层瓦斯压力在0.18-0.66MPa，瓦斯含量在1.95-6.84m3/t，采取底板穿层钻孔预抽瓦斯作为区域防突措施。

2 施工背景

86采区瓦斯地质条件复杂，受地质构造影响，局部层原始地应力大，工作面松软、破碎，穿钻孔施工后，经常出现孔内塌孔、堵孔现象，为解决上述问题，一是采取水力冲孔卸压瓦斯措施，以往采用静压水冲孔工艺，但冲孔时间长，冲孔量低，冲孔效果无法达到瓦斯抽采要求，需进一步改进冲孔工艺。二是对穿层钻孔下设护壁花管，防止穿层钻孔孔内塌孔、堵孔。

以往穿层钻孔封孔深度为18m，采取囊袋式“两堵一注”封孔注浆方式，但受底板巷岩石破碎，裂隙发育等因素影响，穿层钻孔封孔合茬后经常发现钻孔孔壁漏气现象，造成穿层钻孔抽采效果差。

底板穿层钻孔永久合茬后部分钻场初始抽采总浓度均高于30%，平均纯流量0.24m3/min。随着抽采时间的增加，一些钻孔出现有浓度无流量等异常现象，钻场总浓度下降，影响瓦斯抽采效果。为了提高抽采浓度和流量，对穿层钻孔进行处理。

由于部分穿层钻孔孔内出水，常常造成瓦斯抽采管路内积水，普通放水器不能实现自动放水功能，人工巡查放水存在工作量大，放水不及时等问题，严重影响瓦斯抽采效果，需改进放水器工艺，实现自动放水，确保瓦斯抽采效果。

3 施工工艺优化

针对86采区底板穿层钻孔施工、注浆封孔、合茬抽采等过程存在的问题，按照瓦斯抽采最大化的原则，积极优化瓦斯治理方案，因地制宜进行改革创新，大胆尝试新装备新工艺，提高瓦斯抽采效果。

3.1 创新钻冲一体高压冲孔工艺，促进瓦斯抽采最大化

针对矿井86采区瓦斯地质条件复杂、受地质构造影响、局部区域原始地应力大、松软破碎的特点，在866底抽巷穿层钻孔施工期间创新实施钻冲一体高压冲孔工艺。首先采取静压水冲孔1h，冲孔量不小于200kg/m，然后实施高压冲孔，冲孔时间不小于0.5h，冲孔量不小于500kg/m。

目前已累计施工钻冲一体钻孔100个，冲孔量350-430kg/m，平均418kg/m，钻冲一体冲孔后钻孔等效直径达0.58m-0.92m，平均0.63m。经观测对比，采取高压冲孔后，冲孔量提升50%，瓦斯抽采浓度提高30%。

3.2 应用管注式封孔工艺，做到孔封严

866底抽巷钻孔施工前期采取囊袋式“两堵一注”封孔方式，封孔深度18m。由于围岩裂隙发育及封孔段较短等因素，造成封孔质量效果差，原采用巷道喷浆、围岩注浆等措施解决封孔不严问题，但工程量大，封孔效果仍不能得到保证。为解决以上问题，采用穿层下筛管、筛管端头增加防堵管头，管注式“两堵一注”带压注浆封孔方式，增加封孔长度至37m，有效解决了以上问题，同时省去巷道喷浆及围岩注浆治理工程。根据实测数据分析，使用该封孔工艺后，钻场瓦斯总浓度和单孔瓦斯浓度提高2倍以上。

3.3 实施低流量钻孔洗孔工艺研究

经过分析，发现多数钻孔受应力作用造成孔内堵塞，为提高抽采浓度和流量，强化瓦斯治理效果，矿井对低流量穿层钻孔进行洗孔提浓增量研究，总结了一套行之有效的穿层钻孔洗孔提浓增量工艺。利用注水封孔器膨胀封住孔口，外接高压水管进行高压注水冲孔，高压水洗刷堵塞的钻孔，泄压水将粉屑带出孔外，疏通瓦斯涌出通道。通过对钻孔的洗孔处理，钻场抽采效果显著提高。经洗孔后，钻场抽采平均浓度达25%～ 35%，平均纯流量0.16～0.35m3/min，百孔纯量0.22～0.48m3/min，纯量较整改前提高8倍以上。随着时间推移，钻场抽采效果再次降低。二次洗孔處理后，钻场抽采平均浓度15%～25%，平均纯流量0.1～0.2m3/min，百孔纯量0.14～ 0.28m3/min，纯量较整改前提高5倍以上。

3.4 应用新型自动放水器，确保水放通

受8号层底板砂岩水因素影响，穿层钻孔孔内出水，造成井下抽采管路积水，如何解决抽采管路自动放水，成为了矿井瓦斯抽采“精细化”管理上的一大难题。矿井不断探索创新，研究出了新型自动放水器，该放水器通过两次负压平衡实现自动放水功能，真正意义上实现了自动放水。该放水器适用负压范围：0～-90kPa，自动放水速度：5L/min（间歇放水）。866底抽巷抽采主管路低洼处及变坡点处安装自动放水器7个，永久合茬钻场安装自动放水器22个，确保了穿层钻孔的抽采效果。同时使用过程中，对放水器的进水孔、配气阀进行优化改进，并加装除渣装置，实现了瓦斯抽采管路自动放水、除渣“二合一”，确保了瓦斯抽采效果。

4 结语

通过对底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采提浓增量工艺的研究和优化，实施了钻冲一体高压冲孔工艺、管注式封孔工艺、低流量钻孔洗孔工艺及新型自动放水工艺，有效解决了松软、破碎及高地应力下穿层钻孔的塌孔、堵孔、漏气、积水等问题，切实提高了瓦斯抽采浓度和流量，做到了瓦斯抽采最大化，保证了瓦斯抽采效果，为松软层下最大化提高穿层钻孔预抽效果提供了一定的经验。

参考文献：

[1]袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M].北京：中国工业出版社，2004.

[2]程远平.煤矿瓦斯防治理论与工程应用[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

作者简介：

韩卫忠，河南沈丘人，工程师，2010年毕业于河南城建学院安全工程专业，主要从事瓦斯治理等方面工作。