松软煤层瓦斯抽采钻孔施工工艺

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摘要:在高瓦斯低透气性松软煤层中施工钻孔极易出现喷孔、塌孔、顶钻、夹钻等现象，导致钻孔成孔率低、成孔深度浅。通过对钻孔施工工艺、防喷装置等方面的研究改进，摸索出一套行之有效的抽采钻孔施工办法，有效解决了漳村煤矿高瓦斯低透气性松软煤层抽采钻孔的施工难题。

关键词:低透气性;松软煤层;抽采钻孔;施工工艺

漳村煤矿26采区3号煤层开采深度500m，最大绝对瓦斯涌出量23．66m3/min，煤层普氏系数0．43～0．49，钻孔瓦斯衰减系数为0．185d－1，透气性系数0．0493～0．0542m2/(MPa2•d)，最大绝对瓦斯压力为0．2MPa，可以看出煤层具有煤质松软、煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大、透气性低、瓦斯治理难度大等特点。而瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量、减小瓦斯压力、减少瓦斯灾害最有效的手段，实现瓦斯抽采的关键是抽采钻孔的施工，尤其是在高瓦斯低透气性松软煤层中施工钻孔，极易出现喷孔、塌孔、卡钻等现象，导致钻孔成孔率低、成孔深度浅。因此，必须采取有效措施加以解决。

1保证钻孔成孔的技术措施

2603综放工作面位于漳村煤矿26采区，开采3号煤层，煤层厚度平均6．11m，煤层倾角平均4°，工作面走向推进长度1173m，倾向长度285m。设计在2603运巷、工作面切眼和2603进风巷布置钻孔。其中2603运巷偏向工作面布置与巷道呈85°夹角的钻孔429个;工作面布置与切眼中心线呈90°夹角的钻孔146个;2603进风巷偏向工作面布置与巷道呈85°夹角的钻孔429个。钻孔倾角与煤层倾角相同，钻孔长度分别为120～170m不等。高瓦斯低透气性松软煤层抽采钻孔得以成孔，得益于以下综合措施:钻机的稳固、带压注浆护孔、中风压排渣、突出煤层安全钻进防喷工艺。1．1钻机的稳固。在钻孔施工位置用425号普通硅酸盐水泥(预制尺寸为长×宽×深=3m×1．5m×1．5m)混凝土作为钻机基础，并在规定位置将4只地脚螺栓固定，钻机就位后要将压板固定在地脚螺栓上，拧紧螺母;在巷道壁上掏槽，采用4根丝杠稳固钻机;钻机处巷道顶部施工两个起吊锚杆，配合手拉葫芦预防钻机歪倒。1．2带压注浆护孔。通常来说，影响瓦斯抽采的主要因素有两个:一是钻孔参数的设计;二是封孔工艺。对于孔口封闭工艺，传统的封孔方式完全依赖手工完成，无法达到稳定性的要求，并且对于煤层钻孔的封闭孔口的相关要素，如长度、深度等都无法满足设计需求;考虑到在封孔时所使用的密闭材料会在钻孔中产生膨胀的现象，而该膨胀效果无法得到有效控制，因此导致其很难对封孔周边的缝隙进行有效封堵，在致密性上无法满足需求，常常会出现气体泄漏等后果。手工封闭孔口的工艺对于瓦斯抽采来说，存在抽采的气体浓度不够高，同时抽采的气体浓度会迅速降低等实际问题。而带压注浆封孔技术则能有效避免传统工艺存在的缺点，可以大大提高煤层瓦斯抽采的气体浓度，并且其抽采的浓度可以保持较好的稳定性，不至于过快降低，实际抽采效率较高。为避免含水层和垮孔、塌孔对钻孔施工的影响，根据具体情况对钻孔下套管，使用ZBY系列液压注浆泵带压注浆进行套管固定和护孔。带压注浆护孔时浆液水灰质量比1∶1，注浆压力不小于4MPa，岩层裂隙及套管与孔壁之间注实，注浆后需对套管进行拉拔试验，试验压力应大于所钻煤层的瓦斯压力，从而避免发生孔内事故，造成无法钻进。1．3空压机中风压排渣。矿井系统风压低(一般在0．4～0．5MPa)，风量不稳定，影响钻孔排渣，制约钻孔施工的深度。在现场使用MLGF20/12．5－132G螺杆空压机进行施工作业，进入孔底的中风压经钻杆内孔、钻头，在孔内形成高速风流，钻屑悬浮在风流中被高速风流吹向孔口，从而实现排渣和钻头的降温。对于强突出煤层，孔内瓦斯与压风进行混合，孔内只有气、固两相流，发生阻塞的可能性减小，避免了钻屑在孔内的积聚，从而减小和避免了喷孔事故的发生，使得钻孔得以成孔。1．4突出煤层安全钻进防(限)喷装置。该装置具有安全、可靠、使用简单等特点。该装置可同时在孔口实施边抽边钻和气煤粗分离，能迅速有效地将喷出的煤和瓦斯分别引入到设定的系统，并能有效捕灭钻进中所产生的煤尘。当强烈喷孔时，孔口防喷装置能够实现喷孔可控，从根本上消除钻孔强烈喷孔或钻孔突出带来的安全隐患。如图1、图2所示。

2施工工艺

利用ZDY－3200S型煤矿用全液压坑道钻机配合MLGF20/12．5－132G防爆型螺杆空压机，先用D133mm的金刚石复合片钻头钻进20m，然后下D127mm的套管20m进行护孔，同时采用ZBY系列液压注浆泵对钻孔进行全孔带压注浆固定套管和护孔，注浆压力应大于所钻煤层的瓦斯压力;待水泥浆凝固48h后，再用D94mm高强度金刚石复合片钻头配合突出煤层安全钻进防喷装置中风压排渣穿高瓦斯煤层钻进成孔。在钻进过程中要密切注意瓦斯变化情况，合理控制钻速、钻压，避免瓦斯超限和喷孔事故的发生。

3应用效果

1)2603运巷使用该工艺已施工完成本煤层钻孔429个，其中96%的钻孔成孔实际深度达到设计要求，钻孔带抽瓦斯浓度平均值为30%。2)2603进风巷使用普通抽采孔施工工艺施工的抽采孔施工深度达到设计深度的只有75%，其中由于塌孔、夹钻而产生一定数量的废孔，部分钻孔由于夹钻导致钻杆无法拔出，带抽钻孔瓦斯抽采浓度平均值为10%。3)高瓦斯低透气性松软煤层瓦斯抽采孔施工工艺达到了预期效果，目前正在2603回风巷和2802工作面推广使用。

4结语

1)本施工工艺为高瓦斯低透气性松软煤层抽采治理瓦斯提供了技术支撑，提高了高瓦斯低透气性松软煤层抽采钻孔成孔率，提高了单孔抽采浓度;节约了报废抽采钻孔的成本，缩短了采掘面抽采达标时间，具有较大的经济和社会效益。2)本施工工艺降低了由于抽采孔施工过程中喷孔带来的隐患，减少了施工抽采孔造成事故的可能性，避免了由于施工抽采孔喷孔造成巷道局部瓦斯超限。

作者:王振 单位:潞安环能股份公司