平煤十三矿穿层钻孔抽采瓦斯浓度异常分析

张福旺

（平顶山天安煤业股份有限公司勘探工程处，河南 平顶山467000）

1 试验地点概况

平煤十三矿己15.17－11111 走向采面位于己一采区东翼第六区段，为突出危险区，煤厚4.35～6.2m，平均5.8m，煤层倾角10°～19°，工作面标高－470～－630m，设计可采走向长1 000m，倾斜长150m，采高3m。瓦斯含量16.98m3／t，实测瓦斯压力3.6 MPa（－588m 标高）。为掩护机巷煤层掘进，采用机巷底抽巷穿层预抽条带瓦斯。机巷底抽巷为半圆拱，长1 072m，巷高3.5m，巷宽4.5m，采用锚网支护，机巷底抽巷与机巷重叠布置，距煤层底板12～19m。煤层底板至底抽巷之间主要是砂质泥岩、泥岩与砂岩互层、泥岩。

2 瓦斯抽采钻孔布置及封孔工艺

2.1 钻孔布置

穿层钻孔预抽条带煤层瓦斯，控制突出煤层煤巷掘进工作面两帮各15 m 的范围。设计钻孔孔径Φ94mm，钻孔布置方式为扇形，如图1所示。沿巷道走向分组布置钻孔，每组施工13个钻孔，便于钻孔开孔，13个钻孔分两排，分别施工单双号钻孔，排间距2.5 m。孔深穿透己15.17煤层顶板0.5m。

图1 穿层钻孔布置图

2.2 封孔工艺

一注式封孔装置如图2所示，其封孔装置由两个囊带和一根注浆管构成，依靠装置压力控制机构，实现囊带和封孔段先后注浆，实现封孔，其中囊带是实现封孔段有效封孔的预封堵结构。十三矿机巷底抽巷穿层钻孔封孔长度为8m，封孔位置从距孔口10～18 m 范围。

图2 一注式封孔装置

3 穿层孔抽采中存在的问题及分析

己15.17－11111 机 巷 底 抽 巷 从 外 口 的D12钻场至最里端的D31长1 072m，预计施工穿层钻孔2 782个，安排5＃和4＃两部钻机分别从D12 和D23 向巷里逐步施工。D12钻场至D16 钻场成孔封孔后，抽采30 d，孔口浓度30%～40%，最高82%；但D23钻场往里至D25之间，抽采7d孔口浓度即降至12%左右，为此对该地点穿层钻孔进行了分析。

3.1 打钻现象对比

两部钻机施工中，4＃钻机（D23～D25钻场）未发生一次喷孔，而5＃钻机，从施工D12至D16钻场期间极易发生喷孔。曾经怀疑是不同操作人员钻孔施工过程不同导致喷孔发生，采取了两组人员对换的方法，发现喷孔发生状况未得到改善。D12钻场施工期间共41个钻孔喷孔，占总钻孔数的29.7%；而D16钻场施工期间仅发生4次喷孔，且均为轻微喷孔。D12～D16之间喷孔钻孔（不包括一孔发生多次喷孔现象）如图3所示。

图3 5＃钻机施工中喷孔钻孔数统计结果

3.2 孔口自然排放瓦斯情况

D12～D16钻场钻孔施工完成后，尤其是巷道外口的D12钻场的钻孔进行封孔时，能明显感觉钻孔向外排放气体，钻孔成孔后即封孔抽采，即单班很少出现裸孔存在。D23～D25之间成孔后，封孔过程几乎感觉不出气体排出，实测D23－9部分钻孔成孔后气体自然涌出情况见表1，可见，单孔自然排放量较小。

表1 钻孔自然排放瓦斯流量测试结果

3.3 煤层厚度对比

与D16测点附近的钻孔相比，D23附近钻孔穿煤厚度出现了明显的降低，如图4和图5所示，D16测点的钻孔结果表明，该位置钻孔平均穿煤7m，而同样的角度的钻孔在D23测点附近，钻孔平均穿煤仅5m，这表明D23测点位置煤厚变薄了，图5还看出越往底抽巷里，煤厚越薄的特征。

图4 D16测点附近钻孔穿煤情况

图5 D23测点附近钻孔穿煤情况

3.4 钻孔渗水对比

跟班考察及钻孔浓度测试时发现，D23钻场钻孔内渗水严重，部分钻孔甚至在浓度测试时，能从钻孔的浓度测试孔中直接流水，排水后，进行浓度测试，一般单组13个钻孔测试完，高浓度光学瓦斯机的干燥剂基本失去作用。观察巷道顶板可见到顶板岩层的层状裂隙中一道道黑色水泽线，这是典型的岩层少量渗水特征。对己15.17－11111 周边巷道状况分析可知，D23位置是小向斜接近向斜轴部位置，同时该位置煤层对应的上阶段为己15.17－11090采面机巷泄水巷位置，如图6所示。该位置钻孔抽采瓦斯浓度低推测的原因与煤层含水有关，水分进入煤层，充填煤体裂隙，尤其是煤层透气性很低的情况下，水在裂隙中表面张力作用下，渗入裂隙内部，包裹煤体，再加之该区域瓦斯压力降低（根据喷孔发生次数减少推断），瓦斯不易从煤体中得到释放，初始浓度会较低。

图6 己15.17－11111D23钻场抽采区域环境特征

4 结论

通过对平煤十三矿煤层底板巷穿层钻孔抽采瓦斯浓度变化特征分析，得到如下结论：

D12～D16钻场间穿层钻孔封孔后抽采瓦斯浓度结果表明，一注式封孔工艺在十三矿应用是成功的，合适的封孔参数下，钻孔能够抽采大量高浓度瓦斯。

在其他条件不变下，穿层钻孔抽采瓦斯浓度的影响不仅和钻孔封孔方式、工艺以及封孔参数有关，煤层本身特征对抽采瓦斯影响也较大，如煤层瓦斯含量（压力）、煤层厚度以及煤层含水情况。

煤层本身瓦斯含量是影响钻孔抽采瓦斯量的主要因素，煤孔长度和煤层含水是影响钻孔抽采瓦斯效果的次要因素。

［1］郑春山，林柏泉，翟成，等.高瓦斯低透气性煤层近水平钻孔高密封性封孔方法［J］.煤矿安全，2012，43（10）：56－60.

［2］张长远，陈建，宋小林，等.带压注浆封孔技术的研究应用［J］.煤炭工程，2011，（3）：39－41.

［3］张敬书.高突难抽采煤层封孔技术改进［J］.中州煤炭，2011，（9）：121－123.

［4］张福旺，范付恒，秦汝祥.囊袋式两堵一注封孔装置在顺层钻孔瓦斯抽采中的应用［J］.煤炭工程，2013，45（11）：57－59.

［5］王圣程，庞叶青，张云峰.抽采钻孔带压注浆封孔技术的研究与应用［J］.煤矿安全，2011，42（6）：4－6.