龙山煤矿21031上底板巷水力冲孔应用研究

摘要：文章介绍了通过水力冲孔增透技术，对抽放钻孔进行水力冲孔，以高压水为动力破坏钻孔内地质构造，增强煤层透气性、减少采掘工作面瓦斯涌出量，显著提升单孔抽采能力和抽采效果，提高抽放效率、缩短抽放时间、最大限度消除瓦斯灾害。

关键词：底板巷；水力冲孔；瓦斯抽放；增透技术；煤炭开采 文献标识码：A

中图分类号：TD713 文章编号：1009-2374（2015）04-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0357

1 项目背景

煤与瓦斯突出事故一直是突出矿井安全生产的重大威胁，为解决这一难题，各个大型煤业公司采取了各式各样的防治煤与瓦斯突出措施，预抽煤层瓦斯就是其中一项强有力的防突措施。但在预抽煤层瓦斯过程中，煤层透气性差严重制约着矿井瓦斯抽防效果。龙山煤矿积极开展水力冲孔增透技术，对抽放钻孔进行水力冲孔，以高压水为动力破坏钻孔内地质构造，增强煤层透气性、减少采掘工作面瓦斯涌出量，显著提升单孔抽采能力和抽采效果。提高抽放效率、缩短抽放时间、最大限度消除瓦斯灾害，根据龙山煤矿现有条件，实验区域选为21031上底板抽放巷。

2 实验地区基本概况

21031上底板抽放巷总工程量425m，巷道断面为直墙半圆拱型，断面净尺寸：宽×高=3400×3200mm，墙高1500mm，拱高1700mm，巷道断面面积：S掘=10.5m2，

S净=9.6m2。巷道布置在距二1煤层底板10～25m的底板泥岩中，局部为砂岩，泥岩致密块状，比较稳定。根据打钻探测21采区瓦斯压力较大，含量较高，具有突出危险性。实测21采区煤层原始瓦斯含量最大值为

15.94m?/t，瓦斯压力1.36MPa。

3 设备选择

3.1 钻冲一体化钻头

钻冲一体化钻头，包括普通钻头、冲割装置壳体和高压密封钻杆组成。普通钻头用于打钻破碎岩石和煤的主要工具；冲割装置壳体起到冲孔或割缝作用，利用水压的供水不同来控制打钻和冲割一体化，不用退出钻杆后重新安装冲割钻头。钻头型号Φ94mm，水力冲孔钻头孔径有1.5mm、2mm和2.5mm。

3.2 高压密封钻杆

高压密封钻杆是在钻杆螺纹加密封圈起到冲割装置壳体和钻杆密封作用，能耐压25MPa。

3.3 高压后置水辫

高压后置水辫能耐25MPa，内部采进口耐高压密封圈。

3.4 高压水射流水质多级过滤装置

高压水射流水质多级过滤装置主要用于利用高压水射流水力冲孔或水力割缝技术对煤层实施卸压增透时过滤水质，避免堵塞高压射流喷嘴，提高工作效率。

3.5 高压软管

选用耐高压软管，耐压应不小于泵的额定压力。管径高压软管的沿程损失如表1所示，因此，应优先选择32mm和25mm内径的高压软管，以减少压力损失。如表1所示：

表1 管路压力损失与内径的关系

内径D（mm） 体积流量q（L/min） 系数 雷诺数Re 压力损失△P（MPa/m）

32 200 59.7 89320 0.004

25 200 59.7 139562.5 0.014

16 200 59.7 97693.75 0.118

8 70 59.7 69781.25 0.505

3.6 煤矿用深孔钻车

CMS1-4000/55型煤矿用深孔钻车可实现360°垂直回转，并可实现垂直升降640mm，还可实现-90°～+90°俯仰角的全方位钻孔作业等功能。

3.7 乳化泵

图1

泵站可选择（往复式柱塞泵），五柱塞泵效果更好（流量脉动小），乳化液泵型号BRW200/31.5，公称流量：200L/min；公称压力：31.5MPa。

4 水力冲孔设计

4.1 水力冲孔最大终孔间距确定

根据鑫龙煤业瓦斯实验室测定的水力冲孔半径，龙山煤矿在抽采时间30天时，抽采半径为4.76m，即钻孔布置间距由原4m一组改为6m一组。

4.2 水力冲孔钻孔设计

为进一步强化抽采效果，水力冲孔孔间距确定为6m，即在21031上底板巷每间隔6m施工一组钻孔，每组设计抽采钻孔10个，倾角18°～105°，孔深29～43m，总钻孔工程量1600m。

4.3 水力冲孔煤量及时间要求

冲孔人员应注意水量及水压控制，水量及水压由小到大逐渐递增，防止煤量太大导致卡钻。冲孔顺序由煤孔段见煤点开始，每根钻杆冲孔10分钟左右，煤量0.3t左右，直至冲完整个煤孔段，单个钻孔冲孔时间2小时左右，煤量不少于2t。

4.4 煤量计量

为保证钻车处冲出的煤准确计量，专门在钻车处配备了小推车（0.11m3/车），即每车煤量0.15t。

5 水力冲孔效果

5.1 经济效益

为加快抽放进度，确定水力冲孔孔间距为6m（即3m抽放半径，每组钻孔10个），相较于普通抽采钻孔（孔间距4m，每组钻孔16个），每百米巷道钻孔数量减少240个，每个钻孔平均30m左右，即每百米巷道减少7200m钻孔。

每米钻孔施工成本38元，即每百米巷道可节约钻孔施工成本17.36万元，每个钻孔封孔成本约370元左右（水泥25kg、聚氨酯3kg，封孔管12m，连接管2m、注浆管5m），即每百米巷道可节约钻孔封孔成本88.8万元。

21031上底板巷自C94组向里，还剩余180米左右，可节约钻孔施工成本31.2万元；每个钻孔封孔成本约370元左右，可节约钻孔封孔成本159.8万元；共计节约成本191万元。

5.2 社会效益

（1）降低瓦斯治理投资费用，提高瓦斯抽采效果，缓解“抽、掘、采”接替紧张的局面；（2）最大限度地降低煤层瓦斯含量和煤层瓦斯压力，杜绝采掘过程中发生煤与瓦斯突出的可能，确保矿井安全生产；（3）减少采掘过程中的瓦斯涌出量，降低采掘过程中发生瓦斯预警或瓦斯超限的概率。

5.3 效果考察

2014年8月份至今，龙山煤矿在21031上、下底板巷共计施工穿层抽采钻孔912个进行静压水冲孔，总进尺30891m，其中煤孔段6826m，共冲出煤量561t，即平均每个钻孔出煤量为0.62t，经计算，钻孔孔径平均由Φ75mm，扩大至Φ260mm，钻孔孔径扩大了3.5倍。钻孔当月单孔抽放浓度和抽放量也大幅提高。

10月份到目前为止，龙山矿共在21031上底板抽放巷施工水力冲孔钻孔25个，钻孔进尺930.3m，其中煤孔段172m，共冲出煤量75.2t，平均每孔冲出煤量3.0t。经计算，钻孔孔径平均由Φ94mm，扩大至Φ618mm，钻孔孔径扩大了6.6倍。钻孔当月单孔抽放浓度也均达到了90%以上，单组抽放混合量也由0.01～0.02m3/min，提高到0.1m3/min以上。

6 组织措施

6.1 统一思想，高度重视

为保证水力冲孔工作顺利开展，每周由总工程师、防突矿长组织相关部门管理人员，召开水力冲孔专题会。针对水力冲孔过程中遇到的技术、材料供应等问题，逐一讨论解决，保证水力冲孔工作的顺利进行。

6.2 制度约束，严格考核

龙山煤矿还专门制定了水力冲孔考核办法，明确水力冲孔责任，对人为原因影响水力冲孔进度的，严肃进行责任追究。同时为保证水力冲孔现场操作规范和冲孔效果，还安排通防部副科级人员连续跟班，现场监督指导水力冲孔工作，督促通防队坚持“人少时停钻，也不停冲孔”的原则，保证水力冲孔钻机每班配备4人，力促水力冲孔工作顺利推进。并在每天矿早调度会上通报水力冲孔进展情况，及影响情况处罚情况。既有效保证了水力冲孔情况的真实性，也有效督促了水力冲孔工作的开展。

6.3 强化装备，保证设备运行正常

龙山煤矿水力冲孔使用CMS1-4000/55型煤矿用深孔钻车，配套使用Φ73mm×800mm耐高压密封三棱钻杆（连接处用密封圈密封耐高压大于20MPa）、Φ94mm冲压钻头和耐高压大于20MPa后置水辫。矿要求通防队机电队长或班长，每天对水力冲孔使用的高压泵及钻车进行检修，防止设备运行过程中出现故障。同时要求易损件现场必须有备件，如高压水辫、密封圈等。专业的冲孔设备和完善的设备维护体制，有效保证了水力冲孔工作的顺利开展。

作者简介：孙华锋（1987-），男，河南鹤壁人，安阳鑫龙煤业（集团）龙山煤业有限责任公司助理工程师，研究方向：煤炭技术。

（责任编辑：蒋建华）