胡底煤业顺层钻孔抽采效果研究

张晓铭

（山西晋煤集团沁水胡底煤业 通风管理部,山西 晋城 048214)

1672-5050（2017)05-0058-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.10.017

2017-06-27

张晓铭（1989-),男,大学本科,硕士,从事瓦斯抽采方面的工作。

胡底煤业顺层钻孔抽采效果研究

张晓铭

（山西晋煤集团沁水胡底煤业 通风管理部,山西 晋城 048214)

针对1301工作面顺层钻孔成孔率低、抽采效果差的问题,胡底煤业从钻孔施工工艺、封孔工艺、抽采方式的选择上进行了改进,提出了采用Φ94mm钻头+Φ73mm肋骨螺旋钻杆+水排渣施钻工艺及全程下Φ50 mm封孔管及 “两堵一注”的封孔工艺,并运用于1303综采工作面顺层钻孔的施工,抽采量有了很大的提升,并为煤矿的安全生产提供了重要的借鉴意义。

瓦斯抽采;顺层钻孔;施工工艺;封孔工艺;抽采量

在松软煤层中施工顺层钻孔一直是煤矿井下钻探领域的一大难题。前期胡底煤业采用的施工工艺,在一定程度上存在成孔深度浅、成孔率低、瓦斯浓度衰减快等问题,不能完全满足瓦斯高效抽采的需要。因此对顺层钻孔现有工艺进行改进,从而提升钻孔抽采效果,对于胡底煤业的安全高效生产有着重要的意义。

1 矿井及工作面概况

胡底煤业核定生产能力60万t/a,批准开采3#煤、15#煤,矿井瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井。1301综采工作面位于胡底煤业一盘区,走向长500 m,倾向长170 m,煤层平均厚度6.17 m,煤层倾角6°,煤体具有裂隙较发育、性脆易碎的特点。

2 1301综采工作面顺层钻孔抽采现状

《防止煤与瓦斯突出规定》中规定:顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整个开采块段的煤层[1-5]。根据实际工作面情况,决定在1301工作面两条煤巷顺槽内施工顺层钻孔作为区域防突措施,钻孔间距为2 m,其中1301轨道顺槽一侧钻孔设计孔深90 m,1301胶带顺槽一侧钻孔设计孔深120 m,重叠区域为40 m;在1303胶带顺槽施工顺层钻孔,设计孔深150 m,孔间距2 m,见图1。

图1 1301采面及1303采面顺层钻孔布置示意图Fig.1 Bedding boreholes layout in No.1301 and No.1303 mining face

2014年12月在1301轨道顺槽开始施工顺层钻孔,但是在施工过程中遇到成孔难、易塌孔等问题,同时钻孔成孔浓度仅为20%左右,7天时间内浓度很快衰减至10%以下,无法满足生产衔接及抽采达标的要求,因此必须对目前顺层钻孔的施工及封孔工艺进行改进。

3 对顺层钻孔施工及封孔工艺的改进

1)施工工艺：前期顺层钻孔施工采用“94 mm胎体钻头+Φ73 mm螺旋钻杆+压风排渣”施工工艺,这种工艺存在的缺点是:采用风排渣工艺属于干式打眼钻进,容易在采掘空间中造成大量粉尘飞扬,增加作业人员患尘肺病的几率;粉尘浓度大也会造成作业空间能见度低,引发误操作等事故;采用干式打眼会造成钻头与煤体摩擦温度升高,而无法降温冷却,容易诱发瓦斯燃烧或爆炸事故。因此胡底煤业对排渣方法进行改进,采用“94 mm胎体钻头+Φ73 mm螺旋钻杆+水排渣”的施工工艺。水排渣工艺虽然对孔壁造成冲刷作用,容易引发压钻事故,但却避免了作业现场煤尘发扬及孔内着火事故的发生;同时施钻时采取“多冲孔、慢钻进”的方法避免压钻事故的发生。

2)封孔工艺：前期顺层钻孔施工完毕后,采取全程下Φ32 mmPE管的方法。对浓度较低的钻孔进行捅孔后发现:个别钻孔末端PE管内全部充满煤粉,花管的孔眼大部分也被煤粉堵死,这是钻孔浓度低的重要原因。

经过多次试验,首先从封孔管的选择上,决定采用钻孔内全程下Φ50 mmPE管的方法,其中孔口以里前30m为实管,之后至孔底全部为花管。其次,增加花管的孔眼,由之前的每根管（3 m)6个孔眼,增加至12个孔眼,避免花管孔眼被堵而瓦斯没有通道[2]。第三,封孔方式选择“两堵一注”,封孔段选择3 m～20 m。选择深部封孔的原因是钻孔施工现场煤体裂隙比较发育,与之前封孔段为3 m～12 m相比,深部封孔可以有效的避免煤壁裂隙漏气从而影响抽采效果。

3)其他方面：钻孔成孔退钻后应立即下封孔管并进行封孔。若未能将封孔管全部下至孔底,则应对该钻孔进行洗孔。洗孔采用的是“94 mm胎体钻头+Φ73 mm宽叶片高效摩擦螺旋钻杆+机械排渣”工艺。机械排渣主要是靠钻杆螺纹的旋转挤压降煤渣排出孔外。

连孔方面,将每20个钻孔为一个抽采单元,用108 mm多通连接,并加装孔板流量计定期对抽采纯量等参数进行测量,便于进行抽采达标评价。

4 抽采效果

1301轨道顺槽及1301胶带顺槽顺层钻孔分别于于2014年12月和2015年3月开始施工,截止到2016年6月共施工432个钻孔,总进尺为38 842 m。1303工作面胶带顺槽顺层钻孔于2016年3月开始施工,截止到2016年6月共施工54个钻孔,总进尺为7 838 m。其中2016年1月之后顺层孔均采用改进后的工艺进行施工。

1)单孔抽采浓度对比:选取三个地点共5个钻孔作为考察对象,其中1301轨道顺槽180#孔、1301胶带顺槽165#孔、1303胶带顺槽45#孔为采用全程下Φ50 mmPE管及新封孔方式施工的钻孔,如表1所示。

从表中可以看出,采用新方法后,钻孔浓度提升至60%以上,并且在封孔后15d时间内浓度基本保持不变。与之前的钻孔相比,钻孔浓度有了很大的提升。

2)抽采效果对比:对三个地点全部顺层钻孔抽采量进行统计可以发现,1301首采面顺层钻孔因大部分钻孔采用旧工艺施工,因此抽采量随着钻孔进尺的增加变化不大,基本保持不变;1303胶带顺层钻孔因采用新工艺进行施工,抽采量随着钻孔进尺的增加明显提高。具体见图2。

除了施工工艺及封孔工艺改进的因素外,1303胶带顺层钻孔浓度高的第二个原因,是因为该区域为抽采二巷千米钻场（左7#千米钻场及左12#千米钻场)覆盖区域,顺层钻孔对该区域进行补充,沟通千米钻孔轨迹,为瓦斯提供了更多的通道,便于瓦斯抽采,因此抽采浓度和抽采量都比较高。1303顺层钻孔抽采纯量增加且抽采二巷千米钻场抽采量减少,但整个抽采区域的总抽采量有所增加,具体变化情况见图3。

表1 顺层钻孔单孔浓度参数表Table 1 Parameters of gas concentration of single bedding borehole

图2 顺层钻孔抽采量变化图Fig.2 Variance of gas drainage with bedding boreholes

5 结论

1)采用采用“94 mm胎体钻头+Φ73 mm螺旋钻杆+水排渣”的施工工艺消除了发生孔底火灾事故的隐患,解决了打钻期间防尘问题。

2)从单孔浓度及抽采效果来看,全程下Φ50 mmPE管及“两堵一注”的封孔方式是切实有效的,可以提高钻孔浓度和抽采量,实现快速消突的目的。

图3 1303顺层与抽采二巷抽采千米钻场量变化情况图Fig.3 Variance of gas drainage with bedding boreholes and thousand-meter scale boreholes

3)根据1303胶带顺层钻孔施工情况来看,在千米钻孔覆盖区域施工的顺层钻孔浓度普遍较高,抽采量也较高。今后应采用“千米钻孔+顺层钻孔互补”方式对采面煤体进行抽放,加强对采面煤体的抽放效果。

[1] 刘柏松.长平煤矿顺层钻孔钻进工艺改进及应用[J].煤炭科学技术,2014（4):122-123.

LIU Baisong.Application and Improvement of Drilling Process Along Coal Bed Level in Changping Mine[J].Coal Science and Technology,2014（4):122-123.

[2] 牛多龙.松软低透气性煤层顺层钻孔全程套管预抽瓦斯技术[J].煤炭科学术,2013（5):90-92.

NIU Duolong.Gas Pre-drainage Technology with Full Length Casing for Borehole Drilled Along Low Permeability Soft Seam[J].Coal Science and Technology,2013（5):90-92.

[3] 曹学军.厚煤层顺层长钻孔封孔新工艺瓦斯抽采技术[J].安徽理工大学学报,2015（3):35-38.

CAO Xuejun.Gas Drainage Technique with New Sealing Method of in-seam Long Boreholes in Thick Coal Seam[J].Journal of Anhui University of Science and Technology（Natural Science),2015（3):35-38.

[4] 李孜军.顺煤层瓦斯抽采钻孔封孔新工艺[J]煤田地质与勘探,2016（6):115-116.

[5] 张福旺.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（11):57-59.

GasDrainageEffectofBeddingBoreholesinHudiMine

ZHANGXiaoming

（VentilationManagementDepartment,HudiCoalCo.,Ltd.,ShanxiJinchengCoalGroup,Jincheng048214,China)

To solve the low probability of bedding borehole formation and poor effect of gas drainage in No.1301 working face, measures were used to improve the constructing and sealing techniques of boreholes and the selection of drainage methods in Hudi Mine. The constructing process uses drill bits （with a diameter of 94mm), spiral drill pipes （with a diameter of 73mm), and water-drainage-slag-discharge technique; the sealing process uses hole-packing pipes （with a diameter of 50mm) and two-sealing-one-grouting technique. The innovation in the construction of the bedding boreholes in 1303 fully-mechanized mining face has greatly increased the gas drainage and has been of importance for the safe production in the mine.

gas drainage; bedding boreholes; construction techniques; borehole sealing process; gas drainage quantity

TD713

A

（编辑:薄小玲)