水力冲孔造穴技术在新景矿3107辅助进风巷中的应用_荆伟.pdf

煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 1工程概况 新景矿保安分区 3 煤 3107 辅助进风巷位于保 安分区南翼东部， 东为本区 3105 工作面 （已采） 南为 芦南二区 7206、 7208 工作面 （已采） ， 西为本区 3109 工作面 （未掘 ） ， 北隔采区大巷为 3108 工作面 （未掘 ） 。 3107 工作面主要开采 3 号煤层， 该工作面构造发育， 煤层透气性系数平均为 0.000375md，瓦斯流量衰减 系数平均为 0.069d-1， 瓦斯放散初速度为 10.2mL/s， 为 煤与瓦斯突出煤层。 为防止工作面在开采过程中出现 煤与瓦斯突出事故，选择在 3107 辅助进风巷进行水 力冲孔造穴试验， 该巷道选用矩形断面， 巷道断面尺 寸 （宽高） 5m2.8m， 巷道为沿底掘进巷道， 试验 区域为 3107 辅助进风巷煤头前方 60m范围内。 2水力冲孔卸压增透技术应用 1 ） 卸压增透原理。通过水力冲孔作业， 将孔周边 的煤体冲出， 从而在钻孔周边形成一个孔洞， 为在地 应力作用下孔周边发生膨胀变形的煤体提供了自由 变形空间； 孔穴的形成导致煤体发生相对移动， 顶底 板间产生相向位移， 从而在钻孔区域形成一个应力降 低区， 煤体内压力得到释放， 煤体内部裂隙增加， 煤体 透气性得到增强，进而促进了瓦斯的解吸和排放， 提 高了瓦斯抽采效率。 2 ） 水力冲孔系统。 水力冲孔系统主要由水力冲孔 钻机、 钻杆、 钻头、 水力冲孔接头、 气渣分离器、 高压注 水泵、 水箱、 高压管路等组成， 如图 1 所示。 图 1水力冲孔系统示意图 3水力冲孔施工工艺流程 1 ） 施工地点选择在 3107 工作面辅助进风巷， 钻 机开孔位置选择在距离巷道底板 1.3m处，根据钻孔 施工布置图进行顺层钻孔施工， 通过螺旋高压密封钻 杆螺旋叶片排渣，在前 2 根钻杆间连接水力冲孔接 头； 2 ） 当钻杆钻进到设计位置深度时， 将高压注水泵 与钻杆通过高压胶管相连接， 开启高压泵并设置压力 为 18MPa； 3 ） 管路连接完成后， 将钻机开启， 同时空转钻杆 水力冲孔造穴技术在新景矿 3107 辅助进风巷中的应用 荆伟 （山西新景煤业有限责任公司 ， 山西 阳泉 045000 ） 摘要 针对新景矿所采 3 号煤层瓦斯含量高、 透气性差、 生产过程中易发生煤与瓦斯突出问题， 选 择在 3107 工作面辅助进风巷进行水力冲孔造穴试验， 现场工程实践结果表明 造穴后煤层透气性得 到很大程度的改善， 预抽瓦斯浓度得到明显提高， 消除了激发瓦斯突出的应力和条件， 有显著的防突 作用效果。 关键词 高瓦斯 ； 透气性差 ； 煤与瓦斯突出 ； 水力冲孔 ； 防突 中图分类号 TD712.6文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 05- 0037- 04 Study on application of hydraulic punch Jintian Point technique in 3107 Auxiliary inlet ventilation roadway of Xinjing coal mine JING Wei （Shanxi XinjingCoal co., LTD ， Shanxi Yangquan 045000 ） Abstract In viewof the high gas content, poor permeability and coal and gas outburst in the production process of No. 3rd coal Seam in the newscenic spot, the test ofhydraulic punchingJintian point in the auxiliaryinlet Tunnel of3107 workingface is made, and the field engineer- ing practice results show that the permeability of coal seam is improved greatly and the gas concentration of pre- extraction is obviously im- proved. The stress and condition ofthe excited gas outburst are eliminated, and the effect ofanti- outburst effect is remarkable. Key words high gas ; poor ventilation ; coal and gas outburst ; hydraulic punching; outburst prevention. 37 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 至孔口有水流出 （水流出所需时间与煤体物理力学性 质及钻孔深度有关系 ） ； 4 ） 通过水力冲孔作业对煤体进行切割， 在进行冲 孔作业时， 钻杆转动速度较正常钻进时略小， 从而使 煤体被充分切割，将钻杆退出过程中要同时转动钻 杆； 5 ） 为取得良好的冲孔效果， 在孔内造穴位置多次 钻、 退钻杆， 重复冲孔作业； 6 ） 首次造穴完成后， 重复进行上述步骤 1～3， 直 至该钻孔内全部冲孔造穴工作按设计要求完成， 此时 将高压泵关闭， 空转钻杆待排渣完成后， 将钻杆退出， 该钻孔内造穴完成。 3107 辅助进风巷共造穴 5 个钻孔、 27 个孔穴， 钻 孔布置如图 2 所示， 具体参数见表 1。冲孔半径按照 出煤推算平均达到 0.57m， 造穴出煤量最少 0.7t， 最多 2.38 吨， 5 个钻孔累计在 27 个位置进行造穴煤粉 39.3t， 平均每个位置造穴煤粉 1.4t。 表 1钻孔及冲孔造穴参数表 图 23107 辅助进风巷冲孔造穴钻孔参数设计 4水力冲孔造穴效果检验 4.1水力冲孔后本煤层钻孔瓦斯预抽情况 水力冲孔造穴施工完成后， 对 5 个钻孔内瓦斯进 行预抽， 从 12 月 4 日至 12 日， 瓦斯抽放纯量累计总 量为 2268.14m3，造穴单孔瓦斯抽采浓度为 22.94， 单孔抽采平均混合量为 0.312m3/min，平均纯量为 0.078m3/min， 具体情况见表 2。 表 2水力冲孔后本煤层钻孔瓦斯预抽情况表 4.2未进行水力冲孔本煤层钻孔瓦斯预抽情况 表 3未进行水力冲孔本煤层钻孔瓦斯预抽情况表 选取保安南六出煤巷掘进工作面 4 个长度同样 为 60m 未进行水力冲孔的本煤层钻孔进行瓦斯预 抽， 预抽时间为 11 月 23 日至 28 日， 瓦斯抽放纯量累 计总量为 889.92m3，造穴单孔瓦斯抽采浓度为 孔号 钻孔倾角 （ ） 钻孔方位 角 （ ） 钻孔深 度 （m ） 造穴位 置 （m ） 冲孔时 间 （min ） 造穴半 径 （m ） 出煤 量 （T ） 1- 3- 561 60600.692.1 50300.521.22 40300.521.22 30300.491.05 20300.491.05 2- 3060 60600.561.4 55600.561.4 45600.561.4 35600.561.4 25600.692.1 3- 3060 60300.410.735 50300.491.05 40300.470.98 30300.491.05 20300.501.12 10300.561.4 4- 3661 60600.732.38 55350.692.1 45600.692.1 35600.671.995 25600.692.1 15600.561.4 5- 21261 60600.541.295 50500.531.225 40630.541.295 30600.551.33 20680.561.4 孔号 平均瓦斯 浓度 平均抽放 负压 kPa 平均混合 量 m3/min 平均纯量 m3/min 混合累计 总量 m3 纯量累计 总量 m3 122.4017.700.7990.1531535.04294.33 228.0119.720.4160.0952197.44500.07 351.3922.240.2120.1342241.601412.26 43.3021.620.0960.002921.6024.09 59.5821.130.0360.005258.7237.39 平均22.940.3120.078 总计7154.402268.14 孔号 平均瓦斯 浓度 抽放负压 KPa 平均混合量 m3/min 平均纯量 m3/min 混合累计 总量 m3 14.7313.570.0180.00097.776 221.9713.430.2210.0526454.46 36.2913.380.6860.0431356.83 47.6913.390.1030.008270.85 平均10.1713.440.2570.0261889.92 38 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 10.17， 单孔抽采平均混合量为 0.257m3/min， 平均纯 量为 0.0261m3/min， 具体情况见表 3。 通过对水力冲孔造穴和未进行水力冲孔造穴钻 孔内瓦斯预抽情况对比可知， 前者瓦斯抽采浓度是后 者的 2.25 倍， 前者瓦斯抽采纯量是后者的 2.55 倍， 水 力冲孔卸压增透效果明显。 4.3掘进效果考察 3107 工作面辅助进风巷于 12 月 13 日开始掘 进， 截止 12 月 28 日 8 点班共施工 40m， 本循环掘进 正常， 未出现瓦斯断电等异常。根据掘进期间瓦斯涌 出量与推进度的关系， 绘制掘进工作面瓦斯浓度变化 曲线如图 3 所示。 图 3掘进工作面瓦斯浓度变化曲线 从以上 3107 辅助进风巷回风流瓦斯曲线可以看 出 掘进工作面推进前 40m， 工作面回风流瓦斯浓度、 瓦斯涌出量稳定， 瓦斯浓度最高 0.3， 瓦斯涌出量最 大 1.2m3/min。 掘进期间煤层情况及测试 K1 值分析见表 4。 表 4K1 值测试表 从上表中 K1 值及掘进期间煤层变化情况可以 看出 在掘进前 40m， K1 值均不大于 0.4， 施工期间未 出现喷孔、 吸钻现象。 4.4掘进期间煤层瓦斯含量分析 抽放后瓦斯含量计算 根据工作面掘进前抽放量 为 2268.14m3，计算得出 3107 辅助进风巷 60m 条带 煤层瓦斯含量平均减少 0.36m3/t，瓦斯含量测定记录 如表 5 所示。 表 5瓦斯含量测定记录表 通过瓦斯含量测定记录表可以看出 工作面通过 预抽， 本煤层瓦斯含量减小， 但随着工作面的推进， 煤 层瓦斯含量增大。 也从侧面反应出随着工作面向前推 进， 造穴孔间距增大， 局部煤层受造穴孔间距影响， 不 能得到充分预抽， 瓦斯含量变化不大。造穴孔设计必 须要考虑造穴孔影响半径。 预估消除前方条带煤体突 出危险性需要的时间。可以预判造穴孔影响半径 4.1m。 4.5从造穴孔布置及穴位布置分析 根据 3107 辅助进风掘进情况统计资料和造穴钻 孔参数设计可知在 15m 处两侧造穴孔与巷道造穴 孔间距为 3.86m 时， 测试 K1 值均小于 0.4， 瓦斯浓度 小于 0.4， 涌出量小于 3m3/min， 施工过程中无吸钻、 喷瓦斯现象； 施工至 25m处时间距为 5.78m， 测试 K1 值均小于 0.4，但瓦斯浓度升至 0.8，涌出量达到 3.84m3/min； 施工至 35m 处时间距为 8.17m， 测试 K1 值 为 0.94， 瓦 斯 浓 度 升 至 0.7 ， 涌 出 量 达 到 3.36m3/min， 出现吸钻、 喷瓦斯现象。 通过对上述资料分析可以看出 随着工作面向前 推进，当两侧造穴孔距巷道造穴孔距离越来越远， 造 穴孔对之间煤体影响将越来越小。 5结论 1 ）对煤层采取水力冲孔造穴措施将煤体冲出， 可将钻孔周边的应力集中现象消除， 实现煤体的卸压 作用。 2 ）3107 辅助进风巷共造穴 5 个钻孔、 27 个孔 穴， 与未进行冲孔造穴相比较， 造穴后煤层透气性得 到很大程度的改善，预抽瓦斯浓度得到明显提高， 消 除了激发瓦斯突出的应力和条件， 有显著的防突作用 效果。 3 ） 由考察分析预估前方条带消除煤体突出危险 性需要的时间， 可以预判造穴孔影响半径 4.1m， 对下 （下转第 43 页 ） 日期地点测试情况K1max 12.133107 辅助进风巷下部 8m0.33 12.143107 辅助进风巷下部 8m0.36 12.153107 辅助进风巷下部 6m0.36 12.163107 辅助进风巷右帮 8m0.32 12.173107 辅助进风巷右帮 10m0.3 12.183107 辅助进风巷下部 8m0.38 12.193107 辅助进风巷下部 10m0.38 12.203107 辅助进风巷下部 10m0.34 12.213107 辅助进风巷下部 10m0.35 12.233107 辅助进风巷下部 10m0.35 时间取样地点含量 12.20 （已推进 30 米 ） 3107 辅助进风巷左帮 10 米16.5336 3107 辅助进风巷中部 10 米14.4238 3107 辅助进风巷右帮 10 米13.3539 12.27 （已推进 40 米 ） 3107 辅助进风巷左帮 10 米12.1273 3107 辅助进风巷中部 10 米9.6295 3107 辅助进风巷右帮 10 米10.8318 39 ChaoXing （上接第 39 页 ） 一步造穴冲孔设计起指导、 优化作用。 参考文献 [1] 冯文军,苏现波,王建伟,秦俊宾,李贤忠. “三软” 单一煤层 水力冲孔卸压增透机理及现场试验[J].煤田地质与勘探, 2015,43 （01） 100- 103. 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