田慧玲，汪國華，高建成，覃木廣

(1.平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南 平頂山 467000；2.中平能化集團 平煤設計院，河南 平頂山 467000；3.中國平煤神馬集團能源化工研究院，河南 平頂山 467000；4.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

水力沖孔增透技術(shù)在突出煤層中的應用實踐

田慧玲1，汪國華2，高建成3，覃木廣4

(1.平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南 平頂山 467000；2.中平能化集團 平煤設計院，河南 平頂山 467000；3.中國平煤神馬集團能源化工研究院，河南 平頂山 467000；4.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037)

針對松軟突出煤層預抽煤巷條帶瓦斯中存在的問題，需要采取卸壓增透的方法，介紹了穿層鉆孔“鉆-沖”耦合增透技術(shù)基本工藝流程及機理，研究了增透技術(shù)在松軟低透突出煤層區(qū)域消突措施中的應用效果。實踐表明，日瓦斯涌出量約降低8.8%，保證了巷道的安全高效掘進，同時煤層瓦斯含量下降15%～20%，動力現(xiàn)象明顯減小，達到了煤體消突目的。

水力沖孔；水射流；瓦斯預抽

平頂山礦區(qū)主采突出煤層具有構(gòu)造煤普遍發(fā)育、煤體孔隙微小、透氣性相當差、瓦斯吸附較多等特點，致使在工作面回采前打鉆困難和預抽瓦斯效果差，因此為了提高煤層瓦斯抽采的效率，有必要采取增加煤層透氣性的技術(shù)措施。目前主要的增透卸壓方法有水力化沖孔、割縫和煤層松動爆破等，通過在鉆孔內(nèi)破壞煤體，形成卸壓空間，從而使周圍煤體滲透性提高[1]。但是由于煤層賦存條件和差異較大的煤體結(jié)構(gòu)，對于不同的煤層，上述方法的應用效果有較大的差異，單一的增透方法難以滿足不同條件下煤體的治理要求，通過穿層鉆孔實施“鉆-沖”耦合卸壓增透方法，能有效解決平頂山礦區(qū)這一生產(chǎn)難題。

1 穿層鉆孔“鉆-沖”耦合增透技術(shù)

將水射流切割與煤體鉆進2種技術(shù)手段進行有機結(jié)合，采用鉆割一體化裝備及技術(shù)，克服了傳統(tǒng)水射流切割技術(shù)措施工藝復雜的不足，實現(xiàn)了對煤體安全高效卸壓增透，大大提高了突出煤層瓦斯抽采效率的目的。

1.1 設備工作原理

2個連續(xù)的環(huán)節(jié)構(gòu)成設備工作：通過鉆機施工本煤層或穿層鉆孔；通過水射流對煤體進行切割。進行與普通鉆孔施工相同的鉆孔施工方式，依據(jù)井下現(xiàn)場實際需要確定選擇螺旋鉆桿或是圓形鉆桿進行操作。當鉆進到鉆孔設計的預定位置，先暫時停止鉆進，啟動高壓泵站并調(diào)節(jié)水壓到設計值，打開鉆頭側(cè)向噴嘴，同時關(guān)閉鉆頭的供水口，啟動鉆機，進行退鉆，實施切割[2]。通過進行穿層鉆孔的退鉆切割，形成裂隙和溝通空間，擴大單鉆孔的有效影響面積，達到卸壓增透的目的，減少操作步驟和提高瓦斯抽采效率。

在水射流沖孔作業(yè)過程中，高壓水流經(jīng)液壓控制平臺，分水器，高壓密封鉆桿進入鉆割一體化鉆頭處的噴嘴，然后在噴嘴出口處，形成高速、高壓水射流對煤體作用，實施切割作業(yè)，具體水流路線見圖1。

圖1 裝置工作水流路線

1.2 穿層“鉆-沖”耦合技術(shù)機理

高瓦斯突出煤層“鉆-沖”耦合卸壓及瓦斯高效抽采技術(shù)機理是：在煤層巷道或回采工作面下方布置專用瓦斯治理巷，采用穿層“鉆-沖”耦合抽采模式，實現(xiàn)普通鉆孔、沖孔鉆孔、“鉆-沖”一體化鉆孔的耦合分布，使得區(qū)域瓦斯治理由穿層鉆孔的個體分散式抽采，轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域煤體的整體卸壓式抽采，通過不同類型抽采鉆孔的耦合分布，有效破解了單個鉆孔形成的局部應力集中；通過穿層抽采鉆孔“鉆-沖”一體化技術(shù)及裝備，實現(xiàn)了低壓鉆進、中壓沖孔和高壓割縫的耦合作業(yè)，使得單一抽采鉆孔由直接卸壓抽采，轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯遞進式卸壓抽采，有效減少了高瓦斯突出煤層中穿層鉆孔的噴孔、堵孔等現(xiàn)象，提高了單孔抽采的影響范圍；通過孔內(nèi)耦合與孔間耦合相結(jié)合，實現(xiàn)了區(qū)域煤體的整體卸壓增透，減少了預抽鉆孔數(shù)量和長度，提高了煤層瓦斯預抽率。

2 試驗區(qū)概況

2.1 采區(qū)概況

在平煤八礦己15-14140機巷和切眼進行了該應用。采面位于己二上山采區(qū)西翼，標高-510～-656m，地面標高+120～+150m，埋深630～800m。煤厚平均3.6m，傾角平均22°，呈西緩東陡之趨勢[3]。

己15煤層直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚約3.0m，距煤層頂板0.8m左右有一層0.1～0.5m的煤線，該層易隨采隨落。直接底為薄層泥巖，厚約2.8～6.0m，遇水易膨脹。己15煤層為自燃煤層，煤塵爆炸指數(shù)25.47%～26.78%，自燃發(fā)火期4～6個月；煤層下部有己16-17煤層，煤厚1.4～1.8m，與己15煤層間距2～8m[4]。

2.2 鉆孔設計

八礦己15-14140機巷鉆孔布置如圖2所示。普通穿層預抽鉆孔每組8個，間距3m，卸壓鉆孔每組3個，間距4.5m，卸壓鉆孔與普通鉆孔間隔施工。

圖2 鉆孔布置

3 水力沖孔效果初步考察

3.1 消突效果分析

八礦己15-14140機巷底抽巷施工穿層預抽鉆孔，掩護上部機巷掘進，將統(tǒng)計掘進過程中的各種參數(shù)，分析新技術(shù)應用后的有益效果。

3.1.1 殘余瓦斯含量分析

此次采用直接法測定煤層殘余瓦斯含量，測定時，先通過施工穿層鉆孔，取煤芯入罐，然后測定所獲取的煤樣在空氣介質(zhì)中的瓦斯解吸規(guī)律，據(jù)此算出在采集過程中試樣的煤芯漏損瓦斯量，并在實驗室測定殘存的瓦斯含量，合并計算煤層瓦斯殘余瓦斯含量[5-8]。

早期測定己15煤層的原始瓦斯含量為20m3/t左右，從圖3可以看出，采用新技術(shù)預抽瓦斯之后，殘余含量多在3～5m3/t之間，可見煤層瓦斯含量大大降低，達到了煤體消突的目的。

圖3 殘余瓦斯含量分析

3.1.2 掘進瓦斯涌出量分析

統(tǒng)計機巷掘進記錄中的瓦斯涌出量數(shù)據(jù)，如圖4所示，從圖中看出，由于掘進初期(前20d)未采用新的方法，瓦斯抽采效率低，因而機巷掘進時所監(jiān)測的瓦斯涌出量相對較高，在1130m3/d左右。后期掘進采用了新的方法，煤體卸壓增透效果明顯，瓦斯抽采流量及濃度有效提高，機巷瓦斯涌出量迅速下降，維持在1030 m3/d左右，約降低8.8%(減小100 m3/d)，使機巷的安全高效掘進得到了保證。

圖4 掘進瓦斯涌出量分析

3.1.3 動力現(xiàn)象分析

對八礦己15-14140機巷掘進期間動力現(xiàn)象進行量化，由量化結(jié)果可知在巷道760～810m的對比區(qū)內(nèi)(未采用新方法，僅采用普通孔抽采)，動力現(xiàn)象明顯增多，掘進速度減緩，如圖5所示，說明沖孔對消除煤巷瓦斯危險具有良好效果。

圖5 動力現(xiàn)象分析

3.2 與傳統(tǒng)方法對比

己15-14120采面位于己二上山采區(qū)西翼，煤層厚度基本穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤厚平均3.6m。傾角平均22°，地質(zhì)情況與己15-14140相似。采用高位巷水力壓裂結(jié)合松動爆破技術(shù)，實現(xiàn)機巷掘進工作面卸壓增透，提高瓦斯抽采效果。如圖6、圖7所示。

圖6 14120機巷消突措施

圖7 14140與14120機巷位置示意

己15-14140采面與己15-14120采面相鄰，如圖7所示，且與己15-14120機巷工作面相比，己15-14140機巷的埋藏較深，因而己15-14140機巷的突出指標與危險性應比己15-14120大。2條巷道采取了不同的掩護機巷掘進的方法，不同方法的卸壓增透效果在2個機巷掘進過程中體現(xiàn)明顯。

3.2.1 2條機巷掘進中日瓦斯涌出量對比分析

從統(tǒng)計數(shù)據(jù)(見圖8)可以看出，己15-14120機巷掘進工作面的回風流瓦斯?jié)舛绕螅嘣?.2%～0.5%之間，己15-14140每天瓦斯?jié)舛却蟛糠志S持在0.10%～0.12%之間，可見己15-14120機巷在掘進期間瓦斯涌出量較大。

前期，己15-14120機巷掘進日瓦斯涌出量稍高于己15-14140機巷，多維持在1350m3/d左右。約220d后，這種差異開始變得非常明顯，己15-14120機巷瓦斯涌出量急劇升高，最高達4490m3/d。與此同時，己15-14140機巷日瓦斯涌出量變化不大。從而說明了新的方法使得煤體卸壓充分、增透明顯，抽采效果得到了很大提高，殘余瓦斯含量降低顯著，同時保證了安全快速掘進[4]。

圖8 日瓦斯涌出量對比

3.2.2 兩機巷掘進過程中q，S值對比分析

從圖9可以看出，由于己15-14140機巷采取了“鉆-沖”耦合卸壓及瓦斯高效抽采技術(shù)，故掘進過程中，q，S值均顯著降低，己15-14140機巷的q均值為0.58，14120的q均值為0.9，降低36%。同時，己15-14140機巷的S均值為2.9，己15-14120機巷為3.2，降低約10.3%。

圖9 機巷q，S值對比

4 結(jié) 論

(1)采用新技術(shù)以后，校檢指標鉆孔瓦斯涌出初速度q平均值0.54 L/min，平均降低了27%。校檢指標鉆屑量S平均值2.986kg/m，平均降低了3.2%。日瓦斯涌出量迅速下降，維持在1030m3/d左右，約降低8.8%，保證了機巷的安全高效掘進。

(2)早期測定己15煤層的原始瓦斯含量為20m3/t左右，采用新技術(shù)預抽瓦斯之后，殘余含量多在3～5m3/t之間，可見瓦斯含量大大降低，達到煤體消突目的。

(3)對八礦己15-14140機巷掘進期間動力現(xiàn)象進行量化，由量化結(jié)果可知在巷道760～810m的對比區(qū)內(nèi)(未采用新方法，僅采用普通孔抽采)，動力現(xiàn)象明顯增多，掘進速度減緩，說明沖孔對消除煤巷瓦斯危險具有良好效果。

(4)己15-14120機巷掘進工作面與己15-14140機巷掘進工作面相比，己15-14140的回風流瓦斯?jié)舛容^小，q，S值均顯著降低，說明新的方法對煤層卸壓增透起到了良好的效果。

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[責任編輯：潘俊鋒]

Application Practical of Hydraulic Flushing Increase Fractures in Outburst Coal Seam

TIAN Hui-ling1,WANG Guo-hua2，GAO Jian-cheng3，QIN Mu-guang4

(1.Pingdingshan Industrial College of Technology，Pingdingshan 467000，China；2.Pingmei Designing Institute，Zhongping Nenghua Corporation，Pingdingshan 467000，China；3.China Pingmei Shenma Corporation Energy and Chemical Research Institute，Pingdingshan 467000，China；4.CCTEG Chongqing Research Institute，Chongqing 400037，China)

To the problems of strip gas pre-drainage of coal roadway in soft and outburst coal seam，then the method of unloading and increase fractures was used，it introduced basic technology and principle of coupling increase fractures of through strata hole‘drilling- impact’,the practical results of increase fractures technology applied on outburst elimination measures of outburst coal seam area.The practical showed that，gas emission amount decreased about 8.8% in a day，and roadway driving safety was ensured，coal seam gas amount decreased 15%～20% at the same time，dynamic phenomenon decreased obviously，and coal seam gas emission was reached.

hydraulic flushing；water jet flow；gas drainage

2016-11-30

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2017.03.025

國家重點研發(fā)計劃(2016YFC0600704)

田慧玲(1981-)，女，河南商丘人，碩士，講師，從事教學方面的研究和工作。

田慧玲，汪國華，高建成，等.水力沖孔增透技術(shù)在突出煤層中的應用實踐[J].煤礦開采，2017，22(3)：85-88.

TD712.62

A

1006-6225(2017)03-0085-04