平煤八矿瓦斯抽采钻孔一注式封孔参数研究

范付恒

（平顶山天安煤业股份有限公司勘探工程处，河南 平顶山467000）

平煤八矿是平煤集团下属煤与瓦斯突出矿井，瓦斯抽采一直是矿井安全生产面临的主要难题之一，采用聚氨酯封孔存在封孔质量差，抽采瓦斯浓度不高；采用聚氨酯＋水泥浆一堵一注及两堵一注封孔存在封孔工艺复杂，封孔材料运输困难等问题。为此以轻便的专用封孔材料代替水泥、采用一注式封孔装置代替聚氨酯，试验了一注式封孔装置及工艺，收到了较好的效果。

1 试验地点概况

研究在八矿己15－14140 切眼底抽巷穿层钻孔，及己15－14140 机巷顺层钻孔中进行。己15－14140工作面位于突出危险区域，标高－590～－665m，煤层倾角17°～28°，平均22°，呈西缓东陡之趋势。工作面瓦斯压力1.8MPa，瓦斯含量22m3／t，煤厚3.4～3.85 m，平均3.6m，在构造区域有变薄情况，工作面布置示意如图1所示。

图1 八矿己15－14140采面布置示意图

2 瓦斯抽采钻孔布置

2.1 穿层钻孔布置

己15－14140 底抽巷距离己15煤层平均18m 左右，采用穿层钻孔抽采己15煤层瓦斯，为掩护工作面切眼掘进，机巷底抽巷继续掘进形成切眼底抽巷，如图1所示。为了方便钻机施工，切眼底抽巷穿层钻孔按上山方向仰角56°施工，孔径Φ94mm，每4m 一组，每组11个钻孔，每组钻孔呈一列扇形布置，孔间距4m，钻孔布置如图2所示。

图2 钻孔布置示意图

2.2 顺层钻孔布置

工作面顺层钻孔布置在工作面机巷，开孔点距离煤层底板约1.3m，钻孔垂直巷帮煤壁沿煤层倾角上向打钻，钻孔间距3m，孔深100m，孔径Φ113mm。

3 封孔参数

为了避开巷道裂隙对封孔质量的影响，同时考虑减少钻孔封孔材料的使用，穿层钻孔封孔深度距孔口4～10m，封孔长度6m。受机巷底抽巷穿层钻孔预抽瓦斯作用，工作面机巷两帮15m 范围内煤体瓦斯得到了释放，且煤体发生变形破坏，为了考察穿层钻孔对顺层钻孔封孔的影响，顺层钻孔封孔长度为8m，封孔范围采用三种：8～16m、12～20 m 和15～23m。

4 瓦斯抽采效果

4.1 穿层钻孔抽采效果

己15－14140 切眼穿层钻孔共统计了第3、第4和第5组共计33个钻孔。钻孔抽采期间，孔口负压基本维持在－20kPa。统计期间，第3组穿层孔抽采45d，第4组抽采42 d，第5组共计抽采35d。抽采期间各钻孔孔口瓦斯浓度如图3～图5所示，总体看，3组钻孔抽采瓦斯浓度变化特征基本一致。

图3 第3组穿层孔抽采瓦斯浓度

图4 第4组穿层钻孔抽采瓦斯浓度

图5 第5组穿层钻孔抽采瓦斯浓度

从图3结果看，最初抽采的15d（8月26日至9月10日）各钻孔瓦斯浓度呈现上升趋势，钻孔瓦斯浓度由始抽的40%～80%逐渐增加到70%～90%，平均增幅25%；随后钻孔瓦斯浓度趋于稳定，整个第3组钻孔平均瓦斯浓度在80%左右；继续抽采15d后，即9月26日后，各钻孔瓦斯浓度均有轻微的衰减，至10月9日，钻孔已抽采45d，钻孔平均浓度仍有75.9%，浓度最低的钻孔也有70%，最高83%。

综合三组33个钻孔抽采的瓦斯浓度特征看：

一注式封孔方法及工艺在己15－14140切眼底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采封孔中效果是显著的，远远超出了预期的30d抽采浓度达到30%的要求。

与传统聚氨酯或聚氨酯＋水泥浆封孔方法相比，抽采瓦斯浓度变化规律不同。原封孔方法封孔后，初始瓦斯浓度往往很高，但一般3～5d后即会衰减至20%左右，即便条件较好的地点，浓度往往也会衰减至50%左右。而一注式封孔初始平均浓度即可达50%，随后的45d内抽采期（统计的时间期限），钻孔瓦斯浓度基本在70%以上。

钻孔抽采45d 左右后，33 个钻孔中有22个钻孔表现了下降趋势（剩余11 个钻孔表现了类似倾向）。分析认为，钻孔抽采45d后的浓度下降是煤层瓦斯逐渐枯竭的征兆。

4.2 顺层钻孔抽采效果

研究中随机统计了18个顺层钻孔，其中封孔范围8～16m 的钻孔5个，封孔范围12～20m 的钻孔2个，封孔范围15～23m 的钻孔11个。统计期间顺层钻孔孔口负压基本在－18kPa左右。

图6～图8是不同封孔参数顺层钻孔瓦斯抽采浓度结果，可见抽采瓦斯浓度随着抽采时间的延长，先增加而后减小，总体浓度较高。但不同的封孔参数瓦斯浓度变化特征也存在差别。封孔8～16m 时，钻孔抽采56d的时间内，瓦斯浓度保持上升，60d后，瓦斯浓度逐渐下降。封孔12～20m 时，钻孔抽采66d中，瓦斯浓度一直上升。封孔15～23m时，瓦斯浓度变化表现出三种特征：当顺层钻孔初始抽采浓度较高时（70%以上），钻孔保持高浓度抽采时间能持续很长时间，抽采45 d后，钻孔瓦斯浓度开始下降；初始抽采浓度42%左右时，抽采浓度逐渐上升，约50d后，钻孔瓦斯浓度开始下降；初始浓度20%左右比较低时，钻孔保留高浓度抽采瓦斯时间相对较长。

图6 封孔深度8～16m 顺层孔瓦斯浓度

图7 封孔深度12～20m 顺层孔瓦斯浓度

顺层钻孔抽采瓦斯浓度结果说明，八矿己15煤层顺层钻孔封孔参数为8～16m 即可实现抽采高浓度瓦斯，封孔深度的变化对煤层预抽时间稍有影响，封孔深度深，初始抽采浓度高，瓦斯能够迅速被抽采出；封孔深度浅，尽管初始浓度低，但随着抽采进行，钻孔瓦斯浓度逐渐升高；抽采约60d后，不同封孔深度的钻孔瓦斯浓度基本相当。可见穿层钻孔对试验地区顺层钻孔抽采瓦斯影响不大，从尽快抽出煤层瓦斯角度出发，建议八矿顺层钻孔封孔范围取15～23m。

图8 封孔深度15～23m 顺层孔瓦斯浓度

五 结论

通过一注式封孔装置在平煤八矿的应用，得到如下结论：

八矿己组煤层采用一注式封孔装置封孔效果较好，顺层钻孔抽采67d、穿层钻孔抽采45d期间，钻孔均能抽采高浓度瓦斯。

穿层钻孔抽采瓦斯浓度表现为上升—平稳—下降的特性，一般抽采30d后，煤层瓦斯开始枯竭。建议己组穿层钻孔封孔参数为4～10m。

顺层钻孔封孔范围8～16m 即可抽采高浓度瓦斯，封孔深度对钻孔抽采的瓦斯浓度和钻孔实际抽采期有一定的影响，建议八矿己组顺层钻孔封孔深度采用15～23m。

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