顶板岩巷下向孔钻扩一体化卸压防突技术应用

2021-07-30魏巍

山西焦煤科技 2021年6期

魏巍

(华阳新材料科技集团，山西阳泉 045000)

阳泉矿区突出煤层一般具有煤体结构松软、透气性差、瓦斯含量高、压力大和抽采难度大的特点[1].对此，新景公司15#煤层采用底抽巷穿层水力造穴技术作为厚煤层区域消突的常规措施，需在煤层下部额外施工底抽岩石巷，增加了工程投入，且煤巷的掘进效率受到了底抽巷施工进度的限制。

为降低瓦斯治理成本，新景公司试验顶板低位抽采巷下向孔卸压防突技术。通过钻割、变径造穴一体化装备施工下向大直径穿层钻孔至煤层底板，在预抽采煤层上覆岩层掩护下利用机械变径扩孔切割钻头破碎煤体，同时排出一定量的破碎煤体及大量瓦斯，在孔洞周围形成一定范围的卸压区，提高区域内煤体透气性，达到消突目的[2]，并提高了15#突出煤层的掘进效率。

1 技术原理

顶板岩巷下向孔钻扩一体化卸压防突技术原理为：煤层顶板岩巷以岩层为安全屏障，在岩巷内施工下向穿层钻孔，使用低速大扭矩钻机在岩石段实现钻进，在煤体中实现变径割煤造穴一体化，在松软低透煤层中，人为地创造一个圆柱形孔洞，使用高效切削钻机实现下向孔快速钻进。在钻孔周围形成一个孔洞，孔洞周围煤体发生膨胀变形，同时造成煤体顶底板间的相向位移，实现在钻孔影响范围内的应力降低，使得煤层充分卸压[3].

2 下向穿层钻孔设计方案

施工地点为15124低位抽采巷掘进工作面，位于15#煤佛洼采区北翼西部。工作面煤层赋存较稳定，结构简单，属中灰、中硫的优质无烟煤，煤层平均厚度5.08 m，15#煤下部隔着平均厚度1.49 m的夹石层发育有15#下煤。工作面平面布置图、煤层柱状图分别见图1，2.

图1 15124工作面平面布置图

图2 煤层综合柱状图

15124低位抽采巷下向穿层钻孔，单组设计7个钻孔(2#、3#、4#、5#为造穴孔，其余为普通抽采钻孔)，钻孔组间距5 m，每组钻孔工程量为172.2 m，设计钻孔终孔保护顺层条带下轮廓线左右15 m范围，共施工400组。钻孔施工设计见图3.钻孔位置参数见表1.

图3 钻孔布置设计图

表1 钻孔位置参数表

3 装备及工艺流程

3.1 试验装备

采用ZDY7300LX型履带钻机配套BLY-800/2型矿用履带泥浆泵车完成钻孔、扩孔作业；钻具为d133 mm配套d89 mm高压密封钻杆；扩孔装置为d550 mm可变径扩孔装置。

3.2 工艺流程

1)打钻作业。a)正常打钻时采用高低压转换接头连接钻头和钻杆，将清水泵站压力调至慢1或慢2档。b)依次启动泵站和钻机，待孔口返水正常后开始钻进，直至打完一根钻杆[4].c)重复步骤a)和步骤b)，直至正常打钻作业完毕。

2)造穴作业。见煤1 m后开始扩孔造穴，扩孔至见岩后停止扩孔及推进，开始退钻。调到快2挡打开刀臂进行扩孔。根据出煤量及旋转压力确定进钻速度，每接一根钻杆钻进扩孔完成后，冲孔直至无大量煤渣涌出，再继续接钻杆进行钻进扩孔。

3)钻孔排渣除水作业。扩孔完成后，利用排渣装置进行孔内残渣液的清理，排出的煤水经过振动筛筛分，煤水分离及循环水利用。使用空气压缩机排渣压风，清除孔内残液及煤渣。

4)封孔连接。采用“一堵一注”封孔工艺，同时综合考虑单组钻孔多、连接难易程度等因素，全部利用高压管进行连接。单组设置导流管，对下向孔钻扩一体化钻孔抽放瓦斯量和抽放浓度观测汇总。

4 现场应用效果

4.1 工程进展

在15124工作面低位抽放巷施工“下行孔造穴”钻孔，从2020年8月24日4点班开始施工，截止到2021年3月10日0点班，共计施工完成76组，钻孔532个。并对钻孔的增透及抽采效果进行了总结分析。

4.2 造穴出煤量

为实现造穴煤粉计量，造穴钻孔施工期间在污水流经区域用编织袋装满煤粉制作3道坝，用于造穴煤粉沉淀；将沉淀的煤粉装入规格为1.8 m×1.5 m×0.5 m的煤粉收集装置，该装置装满煤粉为2 t；该装置每装满0.1 m煤量为0.4 t，由现场计量人员负责验收。经现场统计可知，平均每米出煤量0.41 t.钻孔造穴期间，孔壁坍塌不可避免，部分钻孔造穴出煤量高于理论煤量。

4.3 抽采效果

对试验阶段的76组共391个钻孔的瓦斯抽采情况进行统计，累计抽采45 d后, 经过分析统计得出，主管抽采浓度35.8%～48.2%，平均为42%，抽采纯量为1.8～2.6 m3/min，平均为2.2 m3/min.较原上行穿层孔瓦斯抽采浓度由32%提高至42%，平均瓦斯抽放浓度提高了31%；瓦斯抽采纯量由1.8 m3/min提高至2.2 m3/min，同比抽放效果提高了22%，抽采效果明显。下向钻孔抽采浓度及纯量情况见图4.