高压水力冲孔造穴增透抽采技术的应用研究

李付安

摘 要：古汉山矿16采区原始瓦斯含量高、压力大且透气性差，穿层钻孔抽采效果不佳，迫切需要一种行之有效的增透抽采技术。本文结合矿井在瓦斯抽采方面存在的问题，就高压水力冲孔造穴增透技术在1604底抽巷的应用展开分析，以促进抽采效果的提高。

关键词：高压；水力冲孔；造穴；增透

中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）07-0079-02

Discussion on the Application of High Pressure Hydraulic Punching

hole Penetration and Extraction Technology

LI Fuan

（School of Safety Science and Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo Henan 454000）

Abstract： The original Guhannshan mine 16 mining area of high gas content and high pressure and poor ventilation， borehole drainage effect is poor， there is an urgent need for a effective antireflection extraction technology. Combined with the problems existing in mine gas drainage， this paper analyzed the application of high pressure hydraulic punching hole production technology in the 16041 working face， so as to improve the effect of drainage.

Keywords： high pressure；hydraulic punching；hole making；penetration

古漢山矿为煤与瓦斯突出矿井，瓦斯地质条件复杂。近年来，随着采掘活动向下延深，瓦斯含量、压力逐渐提高，瓦斯治理压力增大[1]。同时，为缓解接替紧张，缩短抽采时间，也急需进一步提高瓦斯抽采效果。因此，探索一种对瓦斯含量高、压力大、透气性差的突出煤层行之有效的卸压增透抽采措施，对矿井具有重要意义。本文基于以上情况，对高压水力冲孔造穴增透技术在1604底抽巷的应用情况进行分析。

1 矿井概况

古汉山井田位于焦作市东北，隶属修武县管辖，距焦作市25km；井田范围西部以21勘探线为界与九里山矿相邻，东部以赤庄断层为界，北以二1煤层底板-300m等高线为界与白庄、吴村煤矿相邻，南至油坊蒋村断层和二1煤层底板-1 000m等高线，走向长11km，倾斜宽2.3km，面积25.63km2。矿井设计能力为1.20Mt/a，核定能力为1.40Mt/a。16采区瓦斯含量22～28.88m3/t，主采煤层为山西组二l煤，煤层厚度分布稳定1.88～7.57m，平均煤厚为5.0m，煤层倾角10°～17°，煤层硬度f为0.1～1.2；煤层无自燃倾向和煤尘爆炸危险。

二1煤层底部0.5～2.0m为一松软煤带，呈鳞片状、粒状和粉状，为难以抽采煤层；中上部为块煤带，属于可以抽采煤层，但在矿井西部16采区，顶板下0.5～1.0m处也有厚0.3m左右松软煤层。煤层瓦斯压力为0.2～2.42MPa；煤层透气性系数0.023 89～3.018 6m2/（MPa2·d）；钻孔瓦斯衰减系数0.029d-1；百米流量为0.003～0.120m3/min。煤层透气性差，抽采较为困难。

2 钻孔间距及钻孔布置方式

根据矿井瓦斯治理规划，需要在1604底抽巷巷道内施工穿层钻孔对16041运输巷掘进区域进行治理掩护，故1604底抽巷是理想的试验地点。依据经验，1604底抽巷穿层抽采钻孔瓦斯抽采影响半径[2]按照3m进行取值，每组设计17个钻孔，分两列布置，奇数列9个，偶数列8个，每列钻孔间距2.15～2.25m，每组钻孔组间距为4.3～4.5m。

3 高压水力冲孔造穴增透技术原理及施工工艺

3.1 技术原理

将钻机钻进技术与射流割缝冲孔技术[3]有机结合起来，打钻低压水和冲孔高压水快速转换，实现钻冲一体化作业。利用钻机打钻，当钻机施工穿层钻孔钻进到煤层预定位置后，利用射流割缝冲孔工艺在钻孔侧壁形成空洞，同时排出煤体中部分煤体，增加煤体暴露面积，使煤层内部卸压、瓦斯释放，形成一个由“点”到“线”，由“线”到“面”，由“面”到“整体”的卸压区，从而达到安全防突目的。这使得高应力、透气性差的煤层瓦斯抽采效果再上台阶，加快瓦斯治理速度，保障矿井采掘接替，为高瓦斯及突出矿井的生产安全提供技术基础。

3.2 施工工艺

根据生产需要，在1604底板抽采巷进行水力冲孔。具体施工工艺如下：①采用ZDY4000S、ZYWL-4000型履带钻机；②钻孔孔径：[Φ]89mm；钻杆：[Φ]73mm；③高压水力冲孔装置：高压水力冲孔配套装置由四部分组成，即水流转换阀、高压水力冲孔钻头、高压密封冲孔三棱钻杆和高压密封水辫，并在风门外安装大功率的液压泵。

在打钻和冲孔作业过程中，通过水流转换阀实现打钻低压水流和冲孔高压水流的一体化转换。施工钻孔后，采用高压水能实现高效喷头冲击钻孔周围的煤体，冲出大量煤体和瓦斯，应力集中向冲孔周围移动，使冲孔附近煤体卸压增透，有效提高了抽放效果。

3.3 封孔技术要求

①抽采钻孔封孔采用“两堵一注”的封孔方式。

②封孔时，封堵段长度不少于1m，封孔段长度不少于5m。当岩孔长度小于15m时，封孔深度应到达煤岩交界处；当岩孔长度大于15m时，封孔深度不得小于15m。

③封孔前，第一根封孔管管头必须用窗纱进行包裹并安装堵头。

④封孔时，花管与封孔管连接处必须涂抹胶水并连接牢固。

⑤使用袋装合成树脂封孔，里、外段一次使用量各不得少于4袋，2袋为一组，用透明胶布固定在封孔管上，后组的起始端距前组的末端200～300mm。

⑥封孔需要加导气管，导气管到达注浆段顶部，采用内径为12.7mm（4分管）的铝塑管，抗压强度不低于2MPa。导气管露出孔口0.3m以上，封孔管到达封孔段下部。

⑦封孔结束后，使用黄土或水泥固定孔口，孔口要抹平。

4 效果分析

①高压水力冲孔对比。原来的设备能冲出煤量为1～3t/孔，现在的设备能冲出煤量为3～12t/孔，经理论计算，相当于形成了直径为0.5～1.2m的孔洞，冲出的煤颗粒较以前大大提高。

②水力冲孔技术取得明显的卸压增透效果。煤层透气性系数增加了3.13倍，百米钻孔抽采量由原来的每分钟0.03提高到0.08左右，提高了2.67倍。

③水力沖孔前后瓦斯浓度效果。随机抽取4号钻孔，对冲孔前后瓦斯浓度进行对比，结果见图1。

由图1可以看出，在没有采取水力冲孔措施时，抽采浓度快速衰减或长期保持低位，瓦斯抽放量非常低；而采取水力冲孔措施后，瓦斯抽放浓度可以长时间保持较高水平，且衰减速度放缓。

5 结语

通过开展古汉山矿1604底抽巷增透技术研究，形成了“密封高压水力造穴技术”的区域瓦斯治理模式，1604底抽巷采用该项技术后平均煤孔冲孔煤量达到5t，瓦斯抽采浓度明显提高，16041运输巷掘进期间未出现过瓦斯超限现象，实现了安全快速掘进，对突出煤层区域消突治理工作具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]夏为双.瓦斯含量与埋深相关性研究[J].山西焦煤科技，2013（5）：40-43.

[2]王兆丰，周少华，李志强.瓦斯抽采钻孔有效抽采半径的数值计算方法[J].煤炭工程，2011（6）：82-84.

[3]王伟.高压旋转水射流破煤及其冲孔造穴卸压增透机制与应用[D].北京：中国矿业大学，2016.