穿层高压水力冲孔造穴增透消突技术探讨.pdf

江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 穿层高压水力冲孔造穴增透消突技术探讨 赵建栋 （山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西晋城048000） 摘要为了实现煤巷高效安全掘进，在玉溪煤矿中央辅助运输大巷进行了穿层高压水力冲孔造穴技术试验。 试验结果表 明，水力冲孔造穴对煤层瓦斯快速抽采和煤层卸压消突效果显著，钻孔抽采瓦斯量提高了7到15倍，冲出的软煤达到2～ 2.5 t。 关键词水力冲孔；瓦斯抽采；消突 中图分类号TD712.62文献标识码B文章编号1006-2572（2020）02-0121-02 Application of Anti-reflection Outburst Elimination Technology by Penetrating High-pressure Hydraulic ing in Hole Zhao Jiandong （Yuxi Coal Mine Co., Ltd., Shanxi Lanhua Sci-Tech Venture, Jincheng, Shanxi 048000） Abstract In order to realize the efficient and safe operation of coal roadway excavation, the penetrating high-pressure hydraulic- punching-ing-in-hole technology test was carried out in the central auxiliary transportation roadway of Yuxi Colliery, whose results shows that the rapid gas drainage and pressure-relief outburst elimination in coal seam can be achieved with an increase of gas drainage by 7to 15times and soft coal output up to 2to 2.5tons. Key words hydraulic ing in hole; gas drainage; outburst elimination 对于煤与瓦斯突出矿井，大多数煤层存在低透 气性［1-2］。 常规方法是采用穿层钻孔预抽煤层瓦斯， 但是由于煤层透气性差，导致瓦斯抽采量有限［3］。 为 了实现煤巷高效安全掘进，在玉溪煤矿中央辅助运 输大巷进行了穿层高压水力冲孔造穴消突技术试 验。 玉溪煤矿位于山西省晋城市西北部，沁水煤田 腹地，井田面积26.147km2。 主要开采3煤层，可采 储量142.29Mt，瓦斯资源丰富，资源总量为41.86亿 立方米，其中西北片区为瓦斯富集区。3煤层煤尘无 爆炸性， 不易自燃。3煤层最大原始瓦斯含量为 18.32m3/t，最大原始瓦斯压力为1.42MPa，瓦斯 放散初速度指标△P为25.2～27.8， 煤的坚固性系 数f在0.45～1.09之间。 邻近的胡底、寺河矿井西区 3煤层有突出危险， 故玉溪煤矿3煤层需要进行消 突治理。 1）技术原理 将钻机钻进技术与射流割缝冲孔技术有机结 合起来，打钻使用低压水正常钻进，当钻孔穿透煤 层后，将高压射流装置至于全煤段中，利用高压水 进行全煤段冲孔造穴。 在这一过程中会排出大量软 煤和瓦斯，在煤体中形成孔洞，产生卸压区，从而提 高卸压效果。 2）施钻工艺 整套设备包括ZDY4500LXY钻机、 高压清水泵 车、煤水分离机。 钻具包括螺旋高压密封钻杆、高压 旋转接头、水力冲孔转换接头、钻头等。 整套钻具实 现低压水钻孔，高压水冲孔造穴。 121 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 首先正常施工钻孔，钻孔需穿出煤层0.5m，通 过数钻杆的方式，记清楚煤孔段的长度，钻孔施工 完毕后，将清水泵车出水压力调至26MPa，高压射 流装置对全煤段进行冲孔，钻机保持低速旋转，钻 杆长度为1m，反复缓慢的推拉钻杆，时间保持在2 个小时，直至全煤段冲孔结束（见图1）。 图1穿层钻孔工艺 3.1水力冲孔钻孔布置 在中央辅助运输大巷800m处， 三联巷以北， 12～13钻场之间， 直接在巷道中向巷道东帮施工 打设穿层钻孔实施水力冲孔造穴，见图2。 中央辅助 运输大巷为半圆拱形断面，净宽5.4m，净高4.3m。 共施工3个孔，其中1、3号孔进行冲孔造穴，2号孔为 普通抽采钻孔，与造穴钻孔进行比较，分别对3个孔 流量、负压、浓度进行监测。 2018年4月5日首先施工2号孔（未进行造穴），4 月6日4点班对1号孔进行冲孔造穴，4月8日4点班对 3号孔进行冲孔造穴。 钻孔参数见表1。 图2冲孔造穴钻孔布置 表1测试孔冲孔造穴参数 施工日期孔号钻孔倾角/钻孔方位/钻孔深度/m造穴位置/m冲孔时间/min出煤量/t 4.52579052未造穴 4.6178904539～44.51202.5 4.8342906555～64.51002 3.2水力冲孔效果分析 2号钻孔瓦斯抽采工作于4月6日0点班施钻结 束开始， 截止4月17日8点班累计抽采瓦斯纯量 66.35m3， 平 均 瓦 斯 浓 度 为2.4， 抽 放 负 压 为 13.7kPa，抽采混合量为0.16m3/min，抽采纯量为 0.00384m3/min。 1号钻孔抽采工作于4月7日开始， 截止4月17日8点 班累计抽采瓦斯纯量475.2m3，平均瓦斯浓度为14.9， 抽采负压为13.1kPa，抽采混合量为0.23m3/min，抽放 纯量为0.03m3/min。 3号钻孔抽采工作于4月9日0点班开始， 截止4 月17日8点班累计抽采瓦斯纯量777.6m3，平均瓦斯 浓度为28.4，抽采负压为13.7kPa，抽采混合量为 0.23m3/min，抽采纯量为0.06m3/min。 根据现场水力冲孔造穴试验情况分析，煤层顶 板软分层 （距煤层顶板1m） 及煤层底板破碎煤层 （距煤层底板2m）位置，出煤量较大，煤层中部因煤 层较硬冲孔造穴处出煤量基本无变化。 根据图3、图4分析可得，对比冲孔造穴钻孔（1 和3号孔）与未造穴钻孔（2号孔），造穴钻孔瓦斯抽 采浓度、 纯量有明显提高，1号孔抽采纯量是2号孔 的7.8倍，3号孔抽采纯量是2号孔的15.6倍。 同时， 水力冲孔对煤层有一定程度卸压作用。 图3中央辅运大巷造穴钻孔瓦斯抽采浓度对比 图4中央辅运大巷造穴钻孔瓦斯抽采纯量对比 （下转126页） 122 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 落有可能造成通风不畅的重大安全 隐患，要采取相应的补充安全措施。 柳塔煤矿采用提前布置回撤通道和先进的液 压支架装车搬运设备，较大程度地提高了综采工作 面设备回撤效率，提高了安全管理水平。 柳塔煤矿 综采工作面设备快速回撤工艺的探索与应用，具有 一定的推广借鉴价值。 参考文献 ［1］ 李保春、孟海波.综放工作面设备快速拆除经验.煤矿 机械，2003（9）. ［2］ 周威.煤矿综采工作面设备安装拆除现状及改进措 施.基层建设，2017（34）. ［3］ 杨峰.煤矿综采工作面设备安装拆除现状及改进方 法.内蒙古煤炭经济，2018（2）. ［4］ 程凯.煤矿综采工作面设备安装拆除现状及优化策 略研究.防护工程，2018（28）. 作者简介陈小刚（1975-），男，山西阳泉人，毕业于太原理 工大学采矿工程专业，工程师，现从事煤矿安全评价和技术 咨询工作。 收稿日期2019-12-20编 辑李永华 现场实测数据表明，水力冲孔造穴效果明显， 钻孔抽采瓦斯量提高了7到15倍，冲出的软煤达到 2～2.5t，使孔洞周围煤体得到不同程度的卸压。 因 此，穿层高压水力冲孔造穴技术对煤层瓦斯快速抽 采和煤层卸压消突可以起到显著效果。 参考文献 ［1］ 程远平.矿井瓦斯防治［M］.徐州中国矿业大学，2017. ［2］ 孙肖琦，郑欣.工作面煤与瓦斯突出预测方法综述 ［J］.煤炭技术，2019，38（10）111-114. ［3］ 杨正宇，闫本正.冲压一体化卸压增透技术在煤层区域瓦斯 治理中的应用［J］.煤矿安全，2019，50（9）144-146150. 作者简介赵建栋（1987-），男，本科学历，助理工程师，主 要从事矿井通风与安全方面的技术和管理工作。 收稿日期2019-11-04编 辑彭呈喜 本文通过对上层煤采空区充分垮落后的应力 分布规律进行分析探讨，得出木瓜煤矿上层煤9煤 回采将会产生大于4.5m层间距的底板破坏深度， 将对下层煤10-102工作面切眼掘进造成影响。 为了 将10-102切眼布置在上煤层遗留煤柱影响下的低 应力区内，运用理论计算和数值模拟的方法确定出 10-102工作面切眼布置位置错开上层煤9-104工作 面遗留煤柱4m时，可以将切眼受上层煤影响的程 度降到最低。 现场下层煤切眼掘进稳定后，围岩变 形控制在有效范围内，围岩状况良好，满足综采设 备安装要求，说明4m的遗留煤柱错距较为合理。 参考文献 ［1］ 张百胜.极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究 ［D］.博士学位论文，太原理工大学，2008. ［2］ 康红普，姜铁明，高富强.预应力锚杆支护参数的设计 ［J］.煤炭学报，2008，33（7）721-726. ［3］ 侯朝炯，郭励生，勾攀峰，等.煤巷锚杆支护［M］.徐州 中国矿业大学出版社，1999. ［4］ 张海韦，张农，阚甲广，等.采空区下软煤层回采巷道围岩 稳定性控制技术［J］.煤炭科学技术，2010，38（8）25-29. 作者简介潘瑞峰（1984-），男，2018年6月毕业于太原理工 大学采矿工程专业，工程师，现从事煤矿生产技术工作。 收稿日期2020-02-20编 辑李永华 （上接120页） （上接122页） 126