吳長擂

（山西長平煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048006）

0 引言

煤礦井下掘進(jìn)進(jìn)度是評(píng)價(jià)煤礦安全高效生產(chǎn)的指標(biāo)之一，在瓦斯含量高、煤層滲透性低的礦井中進(jìn)行掘進(jìn)工作，具有煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)，因此，在掘進(jìn)之前應(yīng)采取措施消除突出，本文研究了氣相壓裂技術(shù)在掘進(jìn)工作面的應(yīng)用，對(duì)于指導(dǎo)突出煤體的安全掘進(jìn)具有重要意義。

1 工程概況

長平礦主采3#煤層，煤體自身強(qiáng)度低，井下掘進(jìn)工作面施工過程中，煤層瓦斯壓力值高、滲透性低，具有突出危險(xiǎn)。如底抽巷過穿層段，由于泥巖或砂質(zhì)泥巖底板較軟，穿層段巷道嚴(yán)重超高，煤體易片幫、冒落，造成短時(shí)間瓦斯大量涌出，導(dǎo)致巷道瓦斯超限。因此，非常有必要對(duì)巷道進(jìn)行氣相壓裂消突。

2 氣相壓裂抽采增透技術(shù)方案

2.1 壓裂鉆孔參數(shù)

在5302回風(fēng)巷掘進(jìn)頭布置鉆孔，計(jì)劃采用雙孔壓裂方案，方案參數(shù)見表1，單排布置5個(gè)鉆孔，其中抽放孔3個(gè)，壓裂鉆孔2個(gè)，水平間距1.6m、距頂1.0-2.0m，壓裂鉆孔參數(shù)見表1，鉆孔方案設(shè)計(jì)見圖1。

表1 5302工作面回風(fēng)巷氣相壓裂方案

圖1 5302工作面回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面氣相壓裂方案

2.2 抽采鉆孔參數(shù)

孔號(hào)：1#、3#、5#；鉆孔直徑：Φ113mm；鉆孔深度：見設(shè)計(jì)圖1；開孔高度：見設(shè)計(jì)圖1；壓裂孔角度：方位角見設(shè)計(jì)圖圖1傾角：根據(jù)掘進(jìn)前方煤層傾向確定，一般為：煤層傾角+1度；壓裂鉆孔兩堵一注膨脹水泥封孔長度10～18m，全程下篩管，如果由于客觀原因，無法達(dá)到設(shè)計(jì)封孔深度，效果考察時(shí)不予考察。

2.3 施工工藝

施工壓裂鉆孔，鉆孔成孔后，及時(shí)將壓裂管、封孔器、推桿等推進(jìn)鉆孔，啟動(dòng)壓裂；施工抽采鉆孔要詳細(xì)記錄打鉆過程中的動(dòng)力現(xiàn)象。打一個(gè)鉆孔，封一個(gè)鉆孔，聯(lián)網(wǎng)一個(gè)鉆孔，要求全程下篩管，封孔深度10～18m。監(jiān)測(cè)：單孔瓦斯抽采濃度、單孔瓦斯抽采純流量、支管路瓦斯抽采濃度和純流量，連續(xù)觀測(cè)7天。

3 氣相壓裂方案優(yōu)化

在氣相壓裂施工過程中，原有氣相壓裂方案獲得了以下效果：

1）抽采效果顯著提高；

2）掘進(jìn)期間瓦斯不超標(biāo)；

3）K1值不超標(biāo)。

但由于每掘進(jìn)70m為一個(gè)循環(huán)，氣相壓裂施工接替較為頻繁，巷道掘進(jìn)速度未獲得顯著提升，根據(jù)以往進(jìn)行的80m雙孔壓裂試驗(yàn)及其優(yōu)點(diǎn)，可以認(rèn)為：80m循環(huán)雙孔壓裂試驗(yàn)在原有60m雙孔試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提高了循環(huán)單進(jìn)與巷道月進(jìn)尺，更有利于試驗(yàn)工作面的連續(xù)快速生產(chǎn)。

為更有效地提高巷道掘進(jìn)速度，減少施工接替情況，借鑒80m雙孔壓裂方案，在5302、4322工作面增加使用“2+12”的技術(shù)方案，2個(gè)80m的壓裂孔，12個(gè)100m的抽采孔，每循環(huán)壓裂過后掘進(jìn)80m，用以提高巷道單進(jìn)水平，在掘進(jìn)工作面前方布置2個(gè)壓裂鉆孔，12個(gè)瓦斯抽采鉆孔，鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見表2，鉆孔設(shè)計(jì)方案見圖2，鉆孔參數(shù)詳情如下：

3.1 壓裂鉆孔參數(shù)

孔號(hào)：2#、5#；鉆孔直徑：Φ113mm；鉆孔深度：見設(shè)計(jì)圖2；開孔高度：見設(shè)計(jì)圖2；壓裂孔角度：方位角見設(shè)計(jì)圖2，傾角：根據(jù)掘進(jìn)前方煤層傾向確定，一般為：煤層傾角+1度；壓裂鉆孔兩堵一注膨脹水泥封孔長度10～18m，全程下篩管，如果由于客觀原因，無法達(dá)到設(shè)計(jì)封孔深度，效果考察時(shí)不予考察。

3.2 瓦斯抽采鉆孔參數(shù)

孔 號(hào) ：1#、3#、4#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#；鉆孔直徑：Φ113mm；鉆孔深度：見設(shè)計(jì)圖2；開孔高度：見設(shè)計(jì)圖2；壓裂孔角度：方位角見設(shè)計(jì)圖2傾角：根據(jù)掘進(jìn)前方煤層傾向確定，一般為：煤層傾角+1度；壓裂鉆孔兩堵一注膨脹水泥封孔長度10～18m，全程下篩管，如果由于客觀原因，無法達(dá)到設(shè)計(jì)封孔深度，效果考察時(shí)不予考察。

3.3 施工工藝

施工壓裂鉆孔，鉆孔成孔后，及時(shí)將壓裂管、封孔器、推桿等推進(jìn)鉆孔，啟動(dòng)壓裂；施工抽采鉆孔要詳細(xì)記錄打鉆過程中的動(dòng)力現(xiàn)象。打一個(gè)鉆孔，封一個(gè)鉆孔，聯(lián)網(wǎng)一個(gè)鉆孔，要求全程下篩管，封孔深度10～18m，在方案的執(zhí)行中，必須嚴(yán)格把關(guān)6個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：可靠測(cè)試瓦斯含量、優(yōu)化鉆孔位置、保障鉆孔和封孔質(zhì)量、突出參數(shù)效果檢驗(yàn)。

圖2 5302、4322掘進(jìn)工作面氣相壓裂方案

表2 壓裂鉆孔參數(shù)

4 敏感突出危險(xiǎn)性指標(biāo)考察及消突效果評(píng)價(jià)

4.1 敏感突出危險(xiǎn)性指標(biāo)測(cè)試情況

為評(píng)價(jià)氣相壓裂方案的消突效果，在井下巷道布置測(cè)點(diǎn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)測(cè)，得出的K1值測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。

4.2 氣相壓裂卸壓增透消突效果評(píng)價(jià)

每天巷道掘進(jìn)之前，測(cè)試工作面前方的鉆屑解吸指標(biāo)K1值。通過對(duì)7條壓裂巷道壓裂過后卸壓鉆孔施工情況及防突參數(shù)K1值的統(tǒng)計(jì)分析，說明氣相壓裂實(shí)現(xiàn)了巷道掘進(jìn)期間的消突卸壓，極大降低了巷道突出危險(xiǎn)性。打鉆動(dòng)力現(xiàn)象大幅減少，卸壓鉆孔施工變得容易，效率加快。壓裂過后巷道壓裂段的掘進(jìn)過程中，防突參數(shù)K1值均未超過0.4，最大值0.37，平均0.34。實(shí)現(xiàn)了巷道的安全掘進(jìn)。

表3 K1值測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

1）為保證掘進(jìn)工作面的安全，采用了氣相壓裂增透技術(shù)，在5302回風(fēng)巷掘進(jìn)頭布置鉆孔，計(jì)劃采用雙孔壓裂方案，對(duì)相關(guān)鉆孔參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并根據(jù)5302掘進(jìn)工作面的壓裂效果，在5302、4322工作面進(jìn)行了方案優(yōu)化。

2）為評(píng)價(jià)氣相壓裂效果，測(cè)定了K1值，結(jié)果表明：壓裂過后巷道壓裂段的掘進(jìn)過程中，防突參數(shù)K1值均未超過0.4，最大值0.37，平均0.34，實(shí)現(xiàn)了巷道的安全掘進(jìn)。