平煤十三礦穿層鉆孔抽采瓦斯?jié)舛犬惓７治?/h1>
2014-11-26 02:47張福旺
淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報 2014年5期
張福旺
（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司勘探工程處，河南 平頂山467000）
1 試驗地點概況
平煤十三礦己15.17－11111 走向采面位于己一采區(qū)東翼第六區(qū)段，為突出危險區(qū)，煤厚4.35～6.2m，平均5.8m，煤層傾角10°～19°，工作面標(biāo)高－470～－630m，設(shè)計可采走向長1 000m，傾斜長150m，采高3m。瓦斯含量16.98m3／t，實測瓦斯壓力3.6 MPa（－588m 標(biāo)高）。為掩護(hù)機(jī)巷煤層掘進(jìn)，采用機(jī)巷底抽巷穿層預(yù)抽條帶瓦斯。機(jī)巷底抽巷為半圓拱，長1 072m，巷高3.5m，巷寬4.5m，采用錨網(wǎng)支護(hù)，機(jī)巷底抽巷與機(jī)巷重疊布置，距煤層底板12～19m。煤層底板至底抽巷之間主要是砂質(zhì)泥巖、泥巖與砂巖互層、泥巖。
2 瓦斯抽采鉆孔布置及封孔工藝
2.1 鉆孔布置
穿層鉆孔預(yù)抽條帶煤層瓦斯，控制突出煤層煤巷掘進(jìn)工作面兩幫各15 m 的范圍。設(shè)計鉆孔孔徑Φ94mm，鉆孔布置方式為扇形，如圖1所示。沿巷道走向分組布置鉆孔，每組施工13個鉆孔，便于鉆孔開孔，13個鉆孔分兩排，分別施工單雙號鉆孔，排間距2.5 m?？咨畲┩讣?5.17煤層頂板0.5m。
圖1 穿層鉆孔布置圖
2.2 封孔工藝
一注式封孔裝置如圖2所示，其封孔裝置由兩個囊?guī)Ш鸵桓{管構(gòu)成，依靠裝置壓力控制機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)囊?guī)Ш头饪锥蜗群笞{，實現(xiàn)封孔，其中囊?guī)菍崿F(xiàn)封孔段有效封孔的預(yù)封堵結(jié)構(gòu)。十三礦機(jī)巷底抽巷穿層鉆孔封孔長度為8m，封孔位置從距孔口10～18 m 范圍。
圖2 一注式封孔裝置
3 穿層孔抽采中存在的問題及分析
己15.17－11111 機(jī) 巷 底 抽 巷 從 外 口 的D12鉆場至最里端的D31長1 072m，預(yù)計施工穿層鉆孔2 782個，安排5＃和4＃兩部鉆機(jī)分別從D12 和D23 向巷里逐步施工。D12鉆場至D16 鉆場成孔封孔后，抽采30 d，孔口濃度30%～40%，最高82%；但D23鉆場往里至D25之間，抽采7d孔口濃度即降至12%左右，為此對該地點穿層鉆孔進(jìn)行了分析。
3.1 打鉆現(xiàn)象對比
兩部鉆機(jī)施工中，4＃鉆機(jī)（D23～D25鉆場）未發(fā)生一次噴孔，而5＃鉆機(jī)，從施工D12至D16鉆場期間極易發(fā)生噴孔。曾經(jīng)懷疑是不同操作人員鉆孔施工過程不同導(dǎo)致噴孔發(fā)生，采取了兩組人員對換的方法，發(fā)現(xiàn)噴孔發(fā)生狀況未得到改善。D12鉆場施工期間共41個鉆孔噴孔，占總鉆孔數(shù)的29.7%；而D16鉆場施工期間僅發(fā)生4次噴孔，且均為輕微噴孔。D12～D16之間噴孔鉆孔（不包括一孔發(fā)生多次噴孔現(xiàn)象）如圖3所示。
圖3 5＃鉆機(jī)施工中噴孔鉆孔數(shù)統(tǒng)計結(jié)果
3.2 孔口自然排放瓦斯情況
D12～D16鉆場鉆孔施工完成后，尤其是巷道外口的D12鉆場的鉆孔進(jìn)行封孔時，能明顯感覺鉆孔向外排放氣體，鉆孔成孔后即封孔抽采，即單班很少出現(xiàn)裸孔存在。D23～D25之間成孔后，封孔過程幾乎感覺不出氣體排出，實測D23－9部分鉆孔成孔后氣體自然涌出情況見表1，可見，單孔自然排放量較小。
表1 鉆孔自然排放瓦斯流量測試結(jié)果
3.3 煤層厚度對比
與D16測點附近的鉆孔相比，D23附近鉆孔穿煤厚度出現(xiàn)了明顯的降低，如圖4和圖5所示，D16測點的鉆孔結(jié)果表明，該位置鉆孔平均穿煤7m，而同樣的角度的鉆孔在D23測點附近，鉆孔平均穿煤僅5m，這表明D23測點位置煤厚變薄了，圖5還看出越往底抽巷里，煤厚越薄的特征。
圖4 D16測點附近鉆孔穿煤情況
圖5 D23測點附近鉆孔穿煤情況
3.4 鉆孔滲水對比
跟班考察及鉆孔濃度測試時發(fā)現(xiàn)，D23鉆場鉆孔內(nèi)滲水嚴(yán)重，部分鉆孔甚至在濃度測試時，能從鉆孔的濃度測試孔中直接流水，排水后，進(jìn)行濃度測試，一般單組13個鉆孔測試完，高濃度光學(xué)瓦斯機(jī)的干燥劑基本失去作用。觀察巷道頂板可見到頂板巖層的層狀裂隙中一道道黑色水澤線，這是典型的巖層少量滲水特征。對己15.17－11111 周邊巷道狀況分析可知，D23位置是小向斜接近向斜軸部位置，同時該位置煤層對應(yīng)的上階段為己15.17－11090采面機(jī)巷泄水巷位置，如圖6所示。該位置鉆孔抽采瓦斯?jié)舛鹊屯茰y的原因與煤層含水有關(guān)，水分進(jìn)入煤層，充填煤體裂隙，尤其是煤層透氣性很低的情況下，水在裂隙中表面張力作用下，滲入裂隙內(nèi)部，包裹煤體，再加之該區(qū)域瓦斯壓力降低（根據(jù)噴孔發(fā)生次數(shù)減少推斷），瓦斯不易從煤體中得到釋放，初始濃度會較低。
圖6 己15.17－11111D23鉆場抽采區(qū)域環(huán)境特征
4 結(jié)論
通過對平煤十三礦煤層底板巷穿層鉆孔抽采瓦斯?jié)舛茸兓卣鞣治?，得到如下結(jié)論：
D12～D16鉆場間穿層鉆孔封孔后抽采瓦斯?jié)舛冉Y(jié)果表明，一注式封孔工藝在十三礦應(yīng)用是成功的，合適的封孔參數(shù)下，鉆孔能夠抽采大量高濃度瓦斯。
在其他條件不變下，穿層鉆孔抽采瓦斯?jié)舛鹊挠绊懖粌H和鉆孔封孔方式、工藝以及封孔參數(shù)有關(guān)，煤層本身特征對抽采瓦斯影響也較大，如煤層瓦斯含量（壓力）、煤層厚度以及煤層含水情況。
煤層本身瓦斯含量是影響鉆孔抽采瓦斯量的主要因素，煤孔長度和煤層含水是影響鉆孔抽采瓦斯效果的次要因素。
［1］鄭春山，林柏泉，翟成，等.高瓦斯低透氣性煤層近水平鉆孔高密封性封孔方法［J］.煤礦安全，2012，43（10）：56－60.
［2］張長遠(yuǎn)，陳建，宋小林，等.帶壓注漿封孔技術(shù)的研究應(yīng)用［J］.煤炭工程，2011，（3）：39－41.
［3］張敬書.高突難抽采煤層封孔技術(shù)改進(jìn)［J］.中州煤炭，2011，（9）：121－123.
［4］張福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式兩堵一注封孔裝置在順層鉆孔瓦斯抽采中的應(yīng)用［J］.煤炭工程，2013，45（11）：57－59.
［5］王圣程，龐葉青，張云峰.抽采鉆孔帶壓注漿封孔技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.煤礦安全，2011，42（6）：4－6.
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張福旺
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2 瓦斯抽采鉆孔布置及封孔工藝
2.1 鉆孔布置
穿層鉆孔預(yù)抽條帶煤層瓦斯，控制突出煤層煤巷掘進(jìn)工作面兩幫各15 m 的范圍。設(shè)計鉆孔孔徑Φ94mm，鉆孔布置方式為扇形，如圖1所示。沿巷道走向分組布置鉆孔，每組施工13個鉆孔，便于鉆孔開孔，13個鉆孔分兩排，分別施工單雙號鉆孔，排間距2.5 m?？咨畲┩讣?5.17煤層頂板0.5m。
圖1 穿層鉆孔布置圖
2.2 封孔工藝
一注式封孔裝置如圖2所示，其封孔裝置由兩個囊?guī)Ш鸵桓{管構(gòu)成，依靠裝置壓力控制機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)囊?guī)Ш头饪锥蜗群笞{，實現(xiàn)封孔，其中囊?guī)菍崿F(xiàn)封孔段有效封孔的預(yù)封堵結(jié)構(gòu)。十三礦機(jī)巷底抽巷穿層鉆孔封孔長度為8m，封孔位置從距孔口10～18 m 范圍。
圖2 一注式封孔裝置
3 穿層孔抽采中存在的問題及分析
己15.17－11111 機(jī) 巷 底 抽 巷 從 外 口 的D12鉆場至最里端的D31長1 072m，預(yù)計施工穿層鉆孔2 782個，安排5＃和4＃兩部鉆機(jī)分別從D12 和D23 向巷里逐步施工。D12鉆場至D16 鉆場成孔封孔后，抽采30 d，孔口濃度30%～40%，最高82%；但D23鉆場往里至D25之間，抽采7d孔口濃度即降至12%左右，為此對該地點穿層鉆孔進(jìn)行了分析。
3.1 打鉆現(xiàn)象對比
兩部鉆機(jī)施工中，4＃鉆機(jī)（D23～D25鉆場）未發(fā)生一次噴孔，而5＃鉆機(jī)，從施工D12至D16鉆場期間極易發(fā)生噴孔。曾經(jīng)懷疑是不同操作人員鉆孔施工過程不同導(dǎo)致噴孔發(fā)生，采取了兩組人員對換的方法，發(fā)現(xiàn)噴孔發(fā)生狀況未得到改善。D12鉆場施工期間共41個鉆孔噴孔，占總鉆孔數(shù)的29.7%；而D16鉆場施工期間僅發(fā)生4次噴孔，且均為輕微噴孔。D12～D16之間噴孔鉆孔（不包括一孔發(fā)生多次噴孔現(xiàn)象）如圖3所示。
圖3 5＃鉆機(jī)施工中噴孔鉆孔數(shù)統(tǒng)計結(jié)果
3.2 孔口自然排放瓦斯情況
D12～D16鉆場鉆孔施工完成后，尤其是巷道外口的D12鉆場的鉆孔進(jìn)行封孔時，能明顯感覺鉆孔向外排放氣體，鉆孔成孔后即封孔抽采，即單班很少出現(xiàn)裸孔存在。D23～D25之間成孔后，封孔過程幾乎感覺不出氣體排出，實測D23－9部分鉆孔成孔后氣體自然涌出情況見表1，可見，單孔自然排放量較小。
表1 鉆孔自然排放瓦斯流量測試結(jié)果
3.3 煤層厚度對比
與D16測點附近的鉆孔相比，D23附近鉆孔穿煤厚度出現(xiàn)了明顯的降低，如圖4和圖5所示，D16測點的鉆孔結(jié)果表明，該位置鉆孔平均穿煤7m，而同樣的角度的鉆孔在D23測點附近，鉆孔平均穿煤僅5m，這表明D23測點位置煤厚變薄了，圖5還看出越往底抽巷里，煤厚越薄的特征。
圖4 D16測點附近鉆孔穿煤情況
圖5 D23測點附近鉆孔穿煤情況
3.4 鉆孔滲水對比
跟班考察及鉆孔濃度測試時發(fā)現(xiàn)，D23鉆場鉆孔內(nèi)滲水嚴(yán)重，部分鉆孔甚至在濃度測試時，能從鉆孔的濃度測試孔中直接流水，排水后，進(jìn)行濃度測試，一般單組13個鉆孔測試完，高濃度光學(xué)瓦斯機(jī)的干燥劑基本失去作用。觀察巷道頂板可見到頂板巖層的層狀裂隙中一道道黑色水澤線，這是典型的巖層少量滲水特征。對己15.17－11111 周邊巷道狀況分析可知，D23位置是小向斜接近向斜軸部位置，同時該位置煤層對應(yīng)的上階段為己15.17－11090采面機(jī)巷泄水巷位置，如圖6所示。該位置鉆孔抽采瓦斯?jié)舛鹊屯茰y的原因與煤層含水有關(guān)，水分進(jìn)入煤層，充填煤體裂隙，尤其是煤層透氣性很低的情況下，水在裂隙中表面張力作用下，滲入裂隙內(nèi)部，包裹煤體，再加之該區(qū)域瓦斯壓力降低（根據(jù)噴孔發(fā)生次數(shù)減少推斷），瓦斯不易從煤體中得到釋放，初始濃度會較低。
圖6 己15.17－11111D23鉆場抽采區(qū)域環(huán)境特征
4 結(jié)論
通過對平煤十三礦煤層底板巷穿層鉆孔抽采瓦斯?jié)舛茸兓卣鞣治?，得到如下結(jié)論：
D12～D16鉆場間穿層鉆孔封孔后抽采瓦斯?jié)舛冉Y(jié)果表明，一注式封孔工藝在十三礦應(yīng)用是成功的，合適的封孔參數(shù)下，鉆孔能夠抽采大量高濃度瓦斯。
在其他條件不變下，穿層鉆孔抽采瓦斯?jié)舛鹊挠绊懖粌H和鉆孔封孔方式、工藝以及封孔參數(shù)有關(guān)，煤層本身特征對抽采瓦斯影響也較大，如煤層瓦斯含量（壓力）、煤層厚度以及煤層含水情況。
煤層本身瓦斯含量是影響鉆孔抽采瓦斯量的主要因素，煤孔長度和煤層含水是影響鉆孔抽采瓦斯效果的次要因素。
［1］鄭春山，林柏泉，翟成，等.高瓦斯低透氣性煤層近水平鉆孔高密封性封孔方法［J］.煤礦安全，2012，43（10）：56－60.
［2］張長遠(yuǎn)，陳建，宋小林，等.帶壓注漿封孔技術(shù)的研究應(yīng)用［J］.煤炭工程，2011，（3）：39－41.
［3］張敬書.高突難抽采煤層封孔技術(shù)改進(jìn)［J］.中州煤炭，2011，（9）：121－123.
［4］張福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式兩堵一注封孔裝置在順層鉆孔瓦斯抽采中的應(yīng)用［J］.煤炭工程，2013，45（11）：57－59.
［5］王圣程，龐葉青，張云峰.抽采鉆孔帶壓注漿封孔技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.煤礦安全，2011，42（6）：4－6.
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