掘进迎头水力造穴孔与普通钻孔抽采效果对比

韩菊敏

(山西潞安职业技术学院，山西 长治 046204)

1 迎头预抽钻孔瓦斯抽采现状

某矿N1502回顺实测工作面前方20 m处瓦斯原始含量为10.1 m3/t，其中距顶板往下0.2～0.5 m范围内为破坏类型Ⅴ类软煤，经沈阳院现场实测该矿软煤坚固性系数f值最小为0.16。掘进迎头停头打钻预抽时，打钻过程中经常发生钻孔排渣不畅、卡钻、埋钻，尤其成孔退钻后，由于煤质松软、瓦斯压力大等原因导致钻孔塌孔，瓦斯抽采通道被堵塞，降低了钻孔瓦斯抽采通道的有效利用长度，最终使钻孔瓦斯抽采效率低、抽采时间长，严重制约迎头掘进效率，影响矿井采掘衔接。为了快速降低掘进工作面迎头瓦斯含量，迎头预抽钻孔进行水力造穴增透试验[1]。

2 工作面概况

N1502回风顺槽设计长度3 100 m，巷道断面5.4 m*3.8 m，巷道沿煤层底板掘进，近水平煤层，迎头原瓦斯治理措施为正头均匀布置12个预抽孔，控制巷帮两侧各15 m，现试验水力造穴孔布置。 2019年6月18日开始施工，现场瓦斯浓度0.08 %。截止6月28日，已按照设计要求成功完成造穴9个孔，总进尺730 m，共造穴61个(2#孔由于造穴47 m处时喷孔严重未继续钻进，53 m处未造穴)，其中4#、5#、6#、7#钻孔钻进120 m，造穴均按80 m要求进行施工。每个穴长1 m，造穴需40 min，平均每个穴冲煤量约2 t，根据现场煤层情况造穴高压水调节为16～20 MPa为适。造穴过程中伴随有喷孔现象，为防止瓦斯预警事故，打钻、造穴过程中孔口必须安装防喷孔气水分离装置[2]，具体参数见表1。

表1 N1502回顺水力造穴参数表

3 迎头预抽效果

3.1 巷道支管抽采浓度及纯流量

为了考察N1502回顺迎头瓦斯抽采效果，对比分析6月18日N1502回风顺槽迎头水力造穴前后的抽采效果[3-5]，如图1所示。N1502回风顺槽瓦斯支管抽采纯流量水力造穴后逐渐上升并趋于2.3 m3/min，较未造穴前增加了4倍；N1502回风顺槽支管抽采浓度自第1个造穴孔抽采后，瓦斯浓度上升趋势较大，平均增加3.6倍，且水力造穴全部完成后支管抽采浓度趋于稳定，保持在22 %左右。

图1 迎头水力造穴支管浓度及纯量示意图

3.2 迎头钻孔抽采效果对比

对比分析N1502回风顺槽上轮未进行水力造穴的迎头12个普通预抽钻孔与迎头进行水力造穴的9个水力造穴钻孔的抽采效果，如图2和图3所示。根据抽采计算，迎头未进行水力造穴的12个普通钻孔日抽采纯瓦斯量617.1 m3，9个水力造穴孔全部并网后日抽采纯瓦斯量3 857.6 m3，造穴后钻孔日抽采纯瓦斯流量是未进行造穴钻孔抽采量的6.2倍；迎头由12个钻孔变为9个，可节省3个钻孔工程量。钻孔经水力造穴后刚并网带抽平均单孔浓度提升6.2倍，平均单孔纯流量提升9.6倍。

图2 迎头普通预抽单孔浓度及日抽采纯纯量示意图

图3 迎头水力造穴预抽单孔浓度及日抽采纯纯量示意图

3.3 迎头预抽效果评价

N1502回风顺槽每个评价单元抽采达标时间计算(实测瓦斯含量10.1 m3/t),每个评价单元需抽采瓦斯量为[6-7]：

需抽采瓦斯量=钻孔长度×治理宽度×煤厚×煤的比重×需抽吨煤含量=80 m×35 m×6 m×1 400 kg/m3×2.1 m3/t=49 392 m3

造穴前抽采时间=需抽采瓦斯量÷每日抽采量=49 392 m3÷617 m3=80天

造穴后抽采时间=需抽采瓦斯量÷每日抽采量=49 392 m3÷3 857.6 m3=13天

注：本次造穴自6月22日开始进行抽采，截至7月7日共计抽采瓦斯总量为56 304 m3>49 392 m3，故本单元评价抽采达标。

4. 结论

第一，迎头水力造穴后，巷道支管抽采纯流量上升至2.3 m3/min，较未造穴前增加了4倍；支管浓度上升至22 %，平均增加3.6倍。第二，迎头预抽钻孔水力造穴后，钻孔个数由12个减少至9个，且造穴钻孔每天抽采量是未进行造穴钻孔抽采量的6.2倍。由于施工12个普通预抽钻孔时间为4天，施工9个造穴钻孔时间为9天，综合得出迎头水力造穴后抽采达标时间可缩短62天。