掏穴钻孔增透抽采最大化技术

摘要：潘三矿13-1煤层为主采煤层，透气性系数普遍在0.0011～

0.0012m2/（MPa2·d），属较难抽放煤层，为提高对原始煤体的抽采效果，在潘三矿17101（3）运顺及切眼掩护巷试用钻孔掏穴增透技术，采用“两堵一注”封孔工艺，围绕“钻到位、管到底、孔封严、水放通”积极开展抽采四化品牌创建工作，实现了95%以上钻孔单孔高负压（13～30KPa）抽采下高浓度（20%～90%）长时间（90天～410天）连续抽采达标。

关键词：透气性系数 抽采效果 掏穴 两堵一注 喷浆

1 概况

潘三矿17101（3）工作面位于东四采区，工作面标高-610～-680m，工作面走向长1302m，煤层原始瓦斯压力3.1Mpa，瓦斯含量9.57m3/t，煤层倾角平均8°，煤层平均厚度4.4m。该面东段450m及切眼段属于13-1煤突出危险区，采用底板巷穿层钻孔条带预抽区域瓦斯治理措施掩护运输顺槽及切眼煤巷掘进。

2 掏穴钻孔增透抽采最大化技术关键

2.1 顶底板巷道喷浆

鉴于钻孔施工巷道围岩裂隙不漏气是孔封严的必要条件，为增强巷道围岩密实性，在钻孔施工前，对17101（3）运顺底板巷全巷道所有围岩裸露段重新进行了喷浆处理，保证了钻孔封严后不产生围岩裂隙漏气。

2.2 钻孔掏穴增透

掏穴钻孔设计：穿层钻孔按照不大于10*5m布置，共布置54组，共设计633个钻孔，其中542个钻孔采用掏穴钻孔施工，控制到巷道两侧轮廓线外15m范围内的煤体。掏穴钻孔孔径为￠110mm变￠260mm。钻孔倾角10°到60°。孔深为32m到104m。采用ZDY-3200S型钻机、∮63.5/73mm*1000mm小螺旋肋骨钻杆、∮110mm单翼掏穴钻头扩孔（展开后∮260mm）施工。

掏穴钻孔施工难点在于重新送钻时间较长，钻孔必须成型好，而且保直，钻头侧翼打开前必须确保在煤段。关键施工工艺：

①先使用∮113mm孔径钻头钻进，岩段使用湿式钻进，预计见煤前5m开始采用压风排渣直到过煤结束。

②按照设计要求施工过13-1煤，见岩500mm停止钻进，彻底排尽孔内煤岩粉后撤回钻杆。起钻过程严禁采用水排渣，用水排渣易造成孔内煤岩粉堵塞，诱发喷孔事故。

③更换为掏穴钻头扩孔，使用前先在孔外安装上掏穴钻头实验风压力状况，确定是否能正常打开钻头侧翼，待确认正常后方可下入孔内，观察钻机压力表压力变化情况。

④送入掏穴钻头时不开压风（水），不旋转。直到送入孔内见煤段500mm以上，然后缓慢开启压风，钻杆只旋转不给进，待掏穴钻头侧翼完全打开后，进行正常扩孔钻进。钻进时要轻压慢钻，控制给进压力，确保钻孔扩孔段施工质量（给进压力控制在0～6MPa），直到掏穴钻进至止煤点前500mm停止向前掏穴。

⑤钻孔掏穴全程带防喷装置，并在孔口防喷装置与负压管道之间，加入矿用湿式除尘器，利用孔口负压降尘，实现钻孔压风排渣有效除尘。

⑥煤段扩孔施工完毕后，钻头不给进，保持旋转两分钟以上，孔口出煤量逐渐减少直至不出煤屑为掏穴结束，然后将孔内煤渣排尽，确保孔内无虚煤后，先停止旋转，再停止压风供给，待侧翼钻头复位后，方可缓慢撤钻，实现钻到位。

2.3 钻孔“两堵一注”孔封严、全程小直径套管管到底

所有钻孔均采用XF2-113型瓦斯抽排封孔器封孔，封孔长度12m，中间采用2ZBD18.5/4型风动注浆泵带压注实膨胀水泥。较长钻孔（超过60m）、无构造及煤质较硬时封孔器前端下∮50mm花管8m，遇构造及煤质较软时全程下∮25mm花管到底，实现孔封严、管到底。为防止堵孔，凡单孔浓度下降超过50%时未下套管孔均采取下4分壓风管全孔扫孔，孔内正压吹孔与孔口负压抽采相结合，防止喷孔。2.4 抽采管路排水自动化确保水放通

17101（3）底板巷共设计54组，每组12个钻孔。每组钻孔采用φ159mm支管与φ325mm主干管连接进行抽采，由于所有钻孔均为上向钻孔，单孔均可自动放水到每组支管，因此设计若干组钻场联合安设一路φ50mm管路按5‰坡度布设在支管下方作为放水管路，每组钻场均与放水管路联通，在放水管末端和抽采干管低洼处安设自动放水器实现自动放水。

3 掏穴钻孔增透抽采效果

3.1 17101（3）运顺及切眼掩护巷瓦斯抽采效果总体评价

17101（3）运顺底板巷钻孔施工时间为2011年2月16日到2011年12月1日，为一个评价单元。切眼掩护巷钻孔施工时间为2011年11月13 到2012年3月2日，为一个评价单元。17101（3）运顺底板巷干管抽采浓度最大达67%，单孔抽采时间最长为376天，单孔浓度最高达100%，单孔流量最大达0.13m3/min，现抽采浓度仍达20%，抽采纯量2.1m3/min，共抽采410天，累计抽采总量321.6万m3。切眼掩护巷现抽采浓度达20%，抽采纯量0.9m3/min，共抽采93天，抽采总量17万m3。

3.2 钻孔掏穴煤量统计

17101（3）运顺底板巷共设计钻孔633个，其中542个钻孔进行掏穴施工。在掏穴钻孔施工期间，由矿验收人员现场统计验收掏穴煤量。经统计最大单孔掏穴煤量1600kg，平均单孔掏穴煤量700kg，每米掏煤量58kg。

3.3 掏穴钻孔抽采流量、浓度效果

掏穴钻孔φ260mm比原来φ113mm孔径每米增加煤体暴露面积0.46m2，增加体积0.044m3，掏穴钻孔在相同抽采负压下抽采浓度衰减幅度较小，能维持较长时间（300天以上）高浓抽采，掏穴钻孔平均浓度为44%，未掏穴钻孔平均浓度为29%，单孔抽采浓度提高1.5倍。而且掏穴钻孔随着煤体的进一步压缩、破碎变形造成透气系数增大，提高了钻孔抽采影响半径。

4 结论

①掏穴钻孔在二次扩孔过程中，加大了对周围煤体的扰动，煤体的膨胀变形增大，使卸压更加充分，透气性也随之增大，预抽瓦斯效果得到显著提高。在17101（3）运顺底板巷采用掏穴钻孔施工，使低透气性强突煤层在高标准做到“钻到位、孔封严、管到底、水放通”下，实现了长达半年以上时间的高效抽采，充分发挥了穿层钻孔底板巷综合效益最大化。

②在严封孔上，充分认识到穿层钻孔巷道围岩喷浆堵漏是实现孔封严的必要条件，实践证明，严封孔就能实现抽采最大化。

③钻孔封孔长期坚持“两堵一注”，封孔必堵两头，必中间高压注膨胀水泥，必验收、考察抽采效果。不达标必严肃问责。

④充分运用抽采信息化手段，为抽采效果统计提供大量详实基础资料，便于分析瓦斯抽采过程中的问题与总结规律。

⑤坚定钻孔增透技术路线，特别是掏穴增透技术积极运用和规范操作，最大化抽采瓦斯。下一步工作重点是攻关强突软煤层增透防喷和钻孔防堵技术，开辟顶底穿层钻孔作为民用气源的新途径。

参考文献：

[1]禹业挺，余陶，邓中，肖峻峰.突出煤层穿层钻孔增透强化抽采瓦斯消突效果研究[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2011（06）.

[2]蔡如法，童校长.穿层钻孔掏穴增透强化抽采瓦斯技术研究[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2011（04）.

[3]降文萍.地面煤层气抽采效果评价指标初探[J].资源与产业， 2010（05）.

作者简介：

胡海利（1985-），男，安徽萧县人，现任淮南矿业集团公司潘集第三煤矿通风防突科助理工程师，2007年6月毕业于安徽理工大学采矿工程专业，学士学位。