煤巷掘进治理区域顺层钻孔不同封孔深度抽采效果的研究

卢锋宇

摘 要：云煤一矿为煤与瓦斯突出的矿井，煤层瓦斯压力和含量高，受封孔技术影响，抽采效果不理想。为改善封孔效果，结合该矿实际，本文采用矿井现用封孔工艺，进行了两种不同深度的封孔试验，确定出矿井煤巷掘进治理区域顺层钻孔的封孔深度范围介于24～30 m，保证了回采工作面消突和瓦斯抽放的有效时间。

关键词：云煤一矿;封孔工艺;封孔深度;瓦斯抽放

中图分类号：TD712.6文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）28-0080-03

Study on Drainage Effect of Different Sealing Depths of Bedding

Drilling in Coal Roadway Driving and Control Area

LU Fengyu

（No. 1 Mine of Yungaishan Coal Mine， Henan Yongjin Energy Co.， Ltd.，Yuzhou Henan 461670）

Abstract： No. 1 Mine of Yungaishan Coal Mine is a coal and gas outburst mine， the coal seam gas pressure and content are high， and the drainage effect is not ideal due to the hole sealing technology. In order to improve the sealing effect， combining the actual situation of the mine， this paper adopted the existing sealing technology of the mine to carry out two different depth sealing tests， and determined that the sealing depth of the bedding boreholes in the mine coal roadway excavation treatment area was between 24 and 30 m， which ensured the effective time of eliminating outburst and gas drainage in the working face.

Keywords： No. 1 Mine of Yungaishan Coal Mine;sealing technology;sealing depth;gas drainage

目前，我國井下瓦斯治理的重要手段为抽采煤层瓦斯，井下较为常见的主要为顺煤层瓦斯抽采，而封孔质量的好坏对矿井瓦斯抽采的好坏起决定性作用并影响煤层瓦斯抽采效果[1-3]。我国大部分回采工作面顺层钻孔的预抽瓦斯浓度低于30%，尤其是在瓦斯含量低、透气性不好的煤层中，瓦斯抽采浓度往往低于10%，严重影响矿井抽采效果，阻碍煤矿安全生产。巷道掘进完成后，存在泄压松动圈，如果钻孔封孔深度处于松动圈内，瓦斯泄漏严重，瓦斯抽采浓度低，从而影响矿井抽采效果。因此，确定钻孔封孔深度是保证瓦斯抽采效果的关键[4-5]。2019年10月26日至2019年12月10日，研究人员采用矿井现用封孔工艺，在云煤一矿22206运输顺槽顺层进行了两种不同深度的封孔试验，一种封孔深度为24 m（下称普通封孔），一种封孔深度为30 m（下称试验封孔）。经过26 d的观测，两组钻孔封孔情况和抽采参数观测对比情况如下。

1 试验工程简介

1.1 工作面概况

22206运输顺槽在掘进前已经进行过穿层钻孔配合水力冲孔增透技术条带治理，穿层钻孔控制煤巷轮廓线外两侧各20 m（见图1），在22206运输顺槽施工的顺层抽放钻孔封孔时无法判断出“三带”位置，若封孔深度较浅且处在卸压区内，在孔口负压的作用下，钻孔可通过巷道掘出后形成的松动圈内的宏观裂隙与巷道空间形成回路从而出现连通漏气。这就会导致巷道内瓦斯浓度超限而抽采管路内瓦斯纯量大幅降低。若封孔深度较深，不仅会浪费封孔材料，还会导致从松动区边界到封孔段末端一带的煤体瓦斯抽不出，从而形成抽采盲区，为矿井以后的生产、管理留下安全隐患。为此，开展不同深度的封孔试验，确定出矿井煤巷掘进治理区域顺层钻孔封孔的合理位置。为了确保试验的准确性，在22206运输顺槽里程426～486 m煤层赋存稳定的区域进行试验，该区域平均煤厚为5 m，原始瓦斯含量为5.28 m3/t，原始瓦斯压力为0 MPa。

1.2 工艺介绍

试验方法：采用抽采参数对比的方法（普通封孔一组，试验钻孔一组）进行对比，每组设置10个钻孔，钻孔间距为1.2 m。22206运输顺槽掘进前已进行了瓦斯治理条带预抽，控制巷道轮廓线两帮各30 m。因受水力冲孔的影响，本次试验有封孔深度24 m和30 m两种，采用两堵一注带压封孔工艺，普通封孔深度为24 m，试验封孔深度为30 m。

1.2.1 普通封孔的操作流程。拔杆→下入[Φ]32 mm筛管→下入与钻孔等长的筛管或前方煤体堵塞而无法下入筛管→拔出筛管24 m→使用32 mm变50 mm的变径接头与[Φ]50 mm封孔管连接→在[Φ]50 mm封孔管上固定第一道合成树脂→下入[Φ]50 mm封孔管21 m→在[Φ]50 mm封孔管上固定第二道合成树脂→封孔管全部下入钻孔→和浆→注浆→封孔结束→黄泥固孔。

1.2.2 试验封孔的操作流程。拔杆→下入[Φ]32 mm筛管→下入与钻孔等长的筛管或前方煤体堵塞而无法下入筛管→拔出筛管30 m→使用32 mm变50 mm的变径接头与[Φ]50 mm封孔管连接→在[Φ]50 mm封孔管上固定第一道合成树脂→下入[Φ]50 mm封孔管27 m→在[Φ]50 mm封孔管上固定第二道合成树脂→封孔管全部下入钻孔→和浆→注浆→封孔结束→黄泥固孔。

2 试验结果与分析

2.1 钻孔封孔情况

下面结合22206运输顺槽顺层钻孔，对试验地点情况进行对比，钻孔施工完成后，联网抽放。两组钻孔的封孔情况如表1所示。

2.2 钻孔抽放参数对比

2.2.1 钻孔初抽浓度对比。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，如图2所示。

图2显示，试验封孔的初抽浓度最高值为94%，初抽浓度在80%以上的钻孔有7个;普通封孔的初抽浓度最高值为95%，初抽浓度在80%以上的钻孔有6个。由此可见，试验封孔和普通封孔的初抽浓度基本一致。

2.2.2 组抽放浓度对比。全部钻孔施工结束，规范联网后，每天观测一次，进行组参数对比，观测周期为26 d。抽采参数对比方式如下：因钻孔施工时间不同，观测期间存在抽放时间差异，采用累计抽放时间对比，即普通封孔联网后第一天与试验封孔联网后第一天进行对比，以此类推。组抽放浓度对比如图3所示。

图4显示，试验封孔的组抽放浓度最高值为62.2%，普通封孔的组抽放浓度最高值为60%，开抽前10 d内变化大，无明显的规律，从第11 d开始以后，试验封孔的组抽放浓度总体趋势高于普通封孔，在抽放第26 d后试验封孔的抽放浓度仍保持在50%，普通封孔的抽放浓度下降到16.2%。由此可以看出，试验封孔比普通封孔抽放浓度衰减慢。

2.2.3 组抽放负压、混合流量对比。通过图4可以看出，试验封孔的负压在14.1～22.9 kPa波动，普通封孔的負压在14.2～23.1 kPa波动，对比发现，2组钻孔抽放负压基本一致。此外，试验封孔的组混合流量在0.041～0.144 m3/min波动，普通封孔的组混合流量在0.099～0.226 m3/min波动，由此可以看出普通封孔比试验封孔组混合流量较大，可能是距煤巷条带治理区域较近，封孔深度较浅，发生漏气现象。

2.2.4 抽采量对比。通过表2可以看出，试验封孔比普通封孔的平均抽采量日增长20.9 m3，单孔平均抽采量日增长2.09 m3，钻孔平均每米孔长日增长0.74 m3，试验封孔的累计抽采量是普通封孔的1.5倍。

2.3 试验结论

经过联网抽放26 d后，试验封孔的组浓度保持在50%左右，普通封孔的组浓度衰减到16.2%，试验封孔比普通封孔抽放浓度衰减慢;在抽放10 d后，每日观测的抽放纯流量方面，试验封孔均大于普通封孔;试验封孔比普通封孔的平均抽采量日增长20.9 m3，单孔平均抽采量日增长2.09 m3，钻孔平均每米孔长日增长0.74 m3，试验封孔的累计抽采量是普通封孔的1.5倍。

3 结语

由于22206运输顺槽顺层钻孔封孔深度距穿层钻孔条带治理区域较近，在封孔深度为21 m和24 m时，整体瓦斯抽采浓度没有达到抽采的最佳状态，所以，确定钻孔合理封孔深度的原则就是既要最大程度地抽出煤层中的瓦斯，又要有利于瓦斯抽采及煤层卸压。换句话说，瓦斯抽采钻孔合理封孔深度应该超出巷道两帮的卸压带或塑性区范围，通过试验，确定出矿井煤巷掘进治理区域顺层钻孔的封孔深度范围介于24～30 m。

参考文献：

[1]杨健.祁南煤矿72煤层顺层钻孔的有效封孔深度研究[J].安徽科技，2019（12）：48-50.

[2]许克南.张集矿8煤层顺层抽采钻孔合理封孔深度的研究[D].淮南：安徽理工大学，2019.

[3]廉振山，赵晶，张志荣.两种不同抽采钻孔封孔工艺应用及效果研究[J].煤矿开采，2016（6）：81-83.

[4]娄振，魏国营.钻屑指标在确定本煤层钻孔瓦斯抽采合理封孔深度中的应用[J].煤矿开采，2016（6）：104-107.

[5]孙赫.通顺公司2#煤层抽采钻孔合理封孔深度研究[D].阜新：辽宁工程技术大学，2015.