穿层钻孔组水力冲孔与组钻孔部分冲孔的抽采效果对比分析

卢锋宇 范衡 张伟家

摘 要：矿井的煤层透气性较差，会导致穿层钻孔预抽瓦斯浓度衰减快、流量低，抽采效果不理想。在云盖山煤矿一矿22206底抽巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯的基础上，本文对比了每组部分钻孔冲孔与临近整组水力冲孔的抽采参数，分析了穿层钻孔组水力冲孔与组钻孔部分冲孔的瓦斯浓度变化曲线。分析可知，每组部分钻孔冲孔优于临近整组水力冲孔。

关键词：煤层透气性;煤层瓦斯;瓦斯抽采;穿层钻孔

中图分类号：P631.8文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）29-0083-03

Abstract： The coal seam of the mine has poor air permeability， which will result in rapid attenuation of gas concentration in pre-drainage through boreholes， low flow， and unsatisfactory drainage effects. Based on the pre-drainage of coal seam gas by drilling through the bottom of the 22206 bottom roadway in the No.1 Mine of Yungaishan Coal Mine， this paper compared the drainage parameters of each group of partial drilling and punching with the adjacent group of hydraulic punching， and analyzed the gas concentration variation curve of the hydraulic punching of the through-bed drilling group and the part of the group drilling. The analysis shows that part of each group of drilling and punching is better than the adjacent whole group of hydraulic punching.

Keywords： coal seam permeability;coal seam gas;gas drainage;through-bed drilling

我国煤矿瓦斯地质构造复杂，煤层具有微观孔隙发育、吸附性强、渗透率低等特点。近年来，水力化瓦斯治理技术得到长足的发展，作为一种推进煤层裂隙改造、强化瓦斯抽采的有效手段，它成为高瓦斯煤层高效抽采的捷径，主要技术手段包括水力压裂、水力割缝、水力冲孔等[1-3]。水力冲孔技术在两淮矿区、西南地区得到较好的应用，但是在云盖山煤矿一矿（简称云煤一矿）22206底抽巷条件下的应用实践尚为空白。水力冲孔卸压增透强化抽采技术卸压增透范围大，可以显著提高抽采效果，为高突煤层预抽消突提供了一种行之有效的方法[4-5]，值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用。本研究在云煤一矿22206底抽巷对比每组部分钻孔冲孔与临近整组水力冲孔的抽采参数，提高了瓦斯抽采量，缩短了区域预抽瓦斯时间，最终取得了较好的消突效果。

1 试验工程概况

1.1 试验方案

2019年9月28日至2019年10月30日，在云煤一矿22206底抽巷进行每组部分钻孔冲孔（下称试验组）与临近整组水力冲孔（下称对比组）的抽采参数对比，经过33 d的观测，最终得出抽采参数观测对比结果。为了确保试验的准确性，在22206底抽巷里程380～412 m进行试验，该区域煤层赋存较为稳定，煤厚为2.5～3.3 m，平均煤厚为3 m，原始瓦斯压力为0.3 MPa，原始瓦斯含量为6.41～7.0 m3/t。

试验点布置如图1所示。试验组为22206底抽巷DB48组、DB49组和DB50组，每组有7个钻孔，在孔号1、3、5、7的钻孔见煤后采用压风排渣，不进行水力冲孔，直接全程下筛管;2、4、6号钻孔进行水力冲孔，冲孔煤量为7个钻孔的煤量之和（每米煤段按0.5 m3），2、4、6号钻孔下筛管深度以最大能力下入为准，观测和统计瓦斯抽采量进行对比分析（由于对比组只有6个钻孔，参数观测期间，试验组的7号钻孔暂时关闭，保留1～6号钻孔，测定组抽放参数）。对比组为22206底抽巷DJ48组、DJ49组和DJ50组，每组6个钻孔全部进行水力冲孔。

1.2 钻孔施工情况

试验组和对比组的穿煤段长度和实际冲出煤量统计结果如表1所示。

通过表1可以看出，对比组的穿煤段长度对应的应冲出煤量均大于实际冲出煤量，而试验组由于只有2、4、6号钻孔进行水力冲孔，整组冲出的煤量相对较少，其中DJ50组多冲出煤量为10.8 m3，DB50组少冲出煤量为14.4 m3，根据统计施工时间，试验组在施工效率上大于对比组3～5小班。

2 试验结果与分析

试验期间，负压在18.6～23.4 kPa波动，负压波动较小，在数据观测时间内，对比组和试验组负压情况基本一致，不再进行抽放负压对比。钻孔采用打一个、封一个、开抽一个、观测一个的方法，钻孔测定初抽浓度后记录在档，全部施工结束后进行初抽浓度对比。

2.1 初抽浓度对比

观察图2初抽浓度变化，对DJ48和DB48曲线进行分析可知，对比组的初抽浓度最大为98%，試验组的初抽浓度最大为90%，对比组的初抽浓度最小为68.4%，试验组的初抽浓度最小为65%，对比组的初抽浓度略大于试验组。对DJ49和DB49曲线进行分析可知，对比组和试验组的最大初抽浓度均为92.4%，对比组最小初抽浓度为54%，试验组的初抽浓度最小为82%，对比组的初抽浓度略小于试验组。对DJ50和DB50曲线进行分析可知，对比组的初抽浓度最大为96.2%，试验组的初抽浓度最大为82.6%，对比组的初抽浓度最小为78%，试验组的初抽浓度最小为46.4%，由于对比组全部水力冲孔后释放大量高浓度瓦斯，对比组的初抽浓度均大于试验组。

2.2 组抽放浓度对比

观察图3初抽浓度变化，对DJ48和DB48曲线进行分析可知，对比组最大抽放浓度为50%，试验组最大抽放浓度为38%，受水力冲孔的影响，抽放浓度出现不稳定现象且没有明显的变化规律。对DJ49和DB49进行分析可知，对比组最大抽放浓度为37.2%，试验组最大抽放浓度为38%，抽放10 d后，试验组的抽放浓度高于对比组，结合表1进行分析，DJ49组冲出煤量为36.5 m3，DB49组冲出煤量为29.1 m3，在DJ49水力冲孔后，脱落的煤泥堵塞封孔花管，须结合抽放流量做进一步的论证。对DJ50和DB50曲线进行分析可知，对比组最大抽放浓度为75.4%，试验组最大抽放浓度为20%，对比组抽放浓度均大于试验组，结合剖面图进行分析，初步判断，施工区域煤层变薄，在确保下管深度时，堵孔现象并不严重。

2.3 组抽放流量对比

观察图4混合流量变化，对DJ48和DB48曲线进行分析可知，对比组最大混合流量为0.3 m3/min，试验组最大混合流量为0.34 m3/min，对比组混合流量均小于试验组，在水力冲孔后，脱落的煤泥堵塞封孔花管，导致对比组的抽放流量较小。对DJ49和DB49进行分析可知，对比组最大混合流量为0.08 m3/min，试验组最大混合流量为0.103 m3/min，且2组钻孔的混合流量无明显的变化规律。对DJ50和DB50曲线进行分析可知，对比组最大混合流量为0.108 m3/min，试验组最大混合流量为0.132 m3/min，对比组混合流量均小于试验组。

2.4 累计抽采量对比

为了使对比更加直观，对对比组和试验组抽放33 d的累计抽采量进行统计对比，如表2所示。

通过33 d的瓦斯抽采量统计对比可知，对比组的DJ48组和DJ49组分别比试验组减少了489.6 m3和496 m3，而对比组的DJ50组比试验组的DB50组增加了97.6 m3。通过结合地质资料并询问现场施工和下筛管情况可知，DJ50组和DB50组施工区域煤层厚度为2.3 m，且都达到了全长下筛管要求。据判断，在煤层薄的区域水力冲孔后，瓦斯释放较多，且堵孔现象不严重，导致DJ50组抽采量高于DB50组。

3 结语

经过33 d的抽采数据对比，试验组的初抽浓度普遍小于对比组。在后期持续抽放中，试验组的抽放量大于对比组，主要原因是穿层钻孔在煤厚的区域，水力冲孔后，封孔管易堵塞，影响抽放效果，而在煤层偏薄的区域，其不受此限制。在今后穿層钻孔施工过程中，应考虑煤厚区域水力冲孔钻孔的疏通工作，提高穿层钻孔的瓦斯抽采量，并且为相同工况的煤矿提供借鉴，为煤矿安全生产奠定良好的基础。

参考文献：

[1]李云，叶川，周建伟.单一厚煤层条件下穿层钻孔水力冲孔参数优选与应用[J].煤矿安全，2019（5）：176-180.

[2]王森，宋洪阳，陈海峰.云盖山煤矿穿层钻孔水力冲孔防喷孔装置[J].价值工程，2018（35）：174-175.

[3]葛万亮.穿层钻孔水力冲孔技术在车集煤矿的应用及效果分析[J].内蒙古煤炭经济，2018（20）：135-136.

[4]王浩宇，祝恩勇，王军，等.车集煤矿穿层钻孔水力冲孔对瓦斯抽采半径影响的研究[J].内蒙古煤炭经济，2017（22）：139-140.

[5]张伟家，李威振，李红伟.穿层钻孔水力冲孔抽采效果的对比影响分析[J].能源与环保，2017（10）：235-238.