构造区瓦斯抽放与注浆钻孔一体化设计研究_段鹏坤.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 高瓦斯矿井在我国普遍存在， 大部分需要进行本 煤层瓦斯抽放， 即在工作面两侧顺槽向中部施工瓦斯 抽放钻孔， 在走向和倾向上覆盖整个工作面， 为保证 抽放效果， 瓦斯抽放钻孔往往设计较密， 工程量较 大[1]。另一方面， 当工作面中部存在断层、 陷落柱等构 造时， 现多采取两顺槽超前深孔预注浆方式， 对构造 区进行提前加固[2]， 减小工作面回采时的片帮、 冒顶， 注浆钻孔需要覆盖整个工作面倾向，工程量也较大。 以往两种钻孔单独施工， 互不交叉， 构造区钻孔工程 量几乎加倍。不难看出， 本煤层瓦斯抽放钻孔与深孔 注浆钻孔有相似之处， 但两者在钻孔层位、 使用管路 等方面仍有一定的不同，目前直接利用瓦斯抽放孔 进行注浆难以实现。 本文以赵庄煤业 1308 工作面为 研究对象，计划对两种钻孔一体化设计的可行性进 行研究， 以期能够实现一孔两用， 大幅减小钻孔施工 工程量。 1工程背景 赵庄煤业 1308 综采工作面开采 3 煤层， 走向长 度为 2774.38m，倾斜长度为 219.7m，平均采高 4.75m。煤层倾角平均 3。工作面采用三巷布置， 在 工作面北侧布置了一条辅助进风巷 13081 巷， 一条回 风巷 13084 巷， 在工作面南侧布置了一条主要进风巷 13083 巷。工作面布置情况如图 1- 1 所示。工作面目 前尚未回采， 计划在两顺槽 13081 巷和 13083 巷进行 瓦斯抽放钻孔布置。 图 11308 工作面断层位置示意图 预计工作面回采至 2 横川向外 7m 左右时， 在 75 架附近揭露 DF363 正断层，上盘靠近 13081 巷， 下盘靠近 13083 巷。 DF363 断层与工作面斜交， 走向影响长度 255m，倾向影响长度最大 130m， 随 着工作面向前推进， 倾向影响长度逐渐减小， 最大 断距 4m， 倾角 65。为保证工作面过断层安全回 构造区瓦斯抽放与注浆钻孔一体化设计研究 段 鹏 坤 （晋城煤业集团赵庄煤业 ， 山西 晋城 048000 ） 摘要 针对构造区瓦斯抽放钻孔和深孔注浆钻孔部分重合的问题， 分析了两者的设计原则， 两者有 较多相似之处， 主要不同点在上排孔层位和孔口管选择上， 并进行部分一体化设计。 结果表明 下排深 孔注浆钻孔可以直接利用瓦斯抽放孔， 上排钻孔需要单独打设， 将孔口 0.5mPVC 管换成钢管； 改进后 钻孔设计对瓦斯抽放和深孔注浆均未产生不利影响， 对于 1308 工作面 255m 断层影响区域， 可以节 约 30 个下排注浆钻孔， 节约施工成本 94.5 万元。 关键词 瓦斯抽放钻孔 ； 深孔注浆钻孔 ； 上排孔层位 ； 一体化 ； 施工成本 中图分类号 TD322文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0082- 03 Research on Integrated Design of Gas Drainage and Grouting Drilling in Structural Area DUAN Pengkun （JinchengCoal IndustryGroup ZhaozhuangCoal Mine , Shanxi Jincheng 048000 ） Abstract Aiming at the problem ofpartial overlap ofgas drainage borehole and deep hole grouting in the construction area, the design prin- ciples ofthe themare analyzed. There are many similarities between them, the main difference is in the upper rowof holes and the orifice tube. Choose and implement a partially integrated design. The results show that the lower row of deep hole grouting holes can directly use the gas drainage hole, the upper rowof holes need to be separately designed, 0.5mPVC pipe is replaced by steel pipe in the orifice; the improved hole design is for gas drainage and deep hole There is noadverse effect on grouting. For the 255mfault affected area of 1308 working face, 30 lower rowgroutingholes can be saved, savingconstruction cost of945,000 yuan. Key words gas drainage ; deep groutinghole ;upper rowofholes; integration; construction cost 82 ChaoXing 采， 计划在13081 巷布置深孔， 对断层进行注浆加 固。 因此， 在该断层区域， 瓦斯抽放钻孔和深孔注浆 钻孔将高度重合， 计划针对该区域进行钻孔一体化设 计研究。 2瓦斯抽放钻孔与深孔注浆钻孔布置方式 介绍 2.1原瓦斯抽放钻孔设计 1 ） 布置方式。 上下两排钻孔， 三花布置， 下排钻孔 距离底板 1.4m～1.6m， 上排钻孔距离底板 3m， 孔深设 计 110m， 仰角均为 3， 孔径 φ94mm， 钻孔间距 3m。 将第一排上排孔编号 1- 1， 下排孔编号 1- 2； 第二 排上排孔编号 2- 1， 下排孔编号 2- 2， 依次编号， 钻 孔布置如图 2 所示。 （a ）抽放钻孔布置平面图 （b）抽放钻孔布置剖面图 图 2抽放钻孔布置示意图 2 ） 插管方式。 先下 φ50mm 空心实壁 PVC 管 （内 径 40mm ） ， 长度 20m， 两头 2～3m 缠绕聚氨酯棉布封 堵， 中间灌入水泥浆封孔。封孔结束后， 从实壁 PVC 管内下 φ32mm 带孔 PVC 管， 长度到达孔底。然后 将带孔 PVC 管退出 20m 去掉， 然后将剩余部分重新 顶入孔底， 以最大限度节约带孔 PVC 管消耗。 如图 3 所示。 图 3抽放钻孔内部插管方式示意图 2.2深孔注浆钻孔预计设计 （a ）深孔注浆钻孔布置平面图 （b）深孔注浆钻孔布置剖面图 图 4深孔注浆钻孔布置示意图 1 ） 布置方式。 上下两排钻孔， 三花布置， 下排钻孔 距离底板 2.2m， 仰角 3； 上排钻孔距离底板 3m， ， 仰 角 5孔深设计 105m， 孔径 φ94mm， 钻孔间距 9m。 钻孔布置如图 4 所示。 2 ） 插管方式。 无严格要求， 封孔长度不低于 12m， 管口应为钢管， 便于连接高压胶管接头进行注浆。 3钻孔一体化设计可行性分析及最终设计 3.1可行性分析 两种钻孔主要对比内容见表 1。 表 1两种钻孔主要对比内容表 由上述对比可以看出， 两种钻孔存在较多的相似 之处， 也存在不同， 一体化设计具备可行性。 解决方案 如下 1 ） 钻孔间距 由于先布置瓦斯抽放钻孔， 抽放完 毕后再进行深孔注浆钻孔布置， 后者完全可以利用前 者部分钻孔； 2 ） 钻孔层位 为两种钻孔最大不同之处， 主要是 上排钻孔目的和层位不同， 下排钻孔影响不大， 因此， 下排注浆钻孔可以直接利用部分瓦斯抽放钻孔， 但上 排注浆钻孔必须单独实施； 3 ） 封孔长度 两种钻孔无冲突， 可直接利用； 4 ） 采用管路 主要区别在于孔口管， 瓦斯抽放管 不采用钢管的主要原因是钢管笨重， 使用不便， 易产 生火花， 易腐蚀， 寿命较短， 因此， 不可大量替代， 仅将 孔口最后 0.5mPVC管改为钢管即可满足注浆使用。 3.2最终设计 根据上述分析， 对瓦斯抽放插管钻孔方式和深孔 注浆钻孔进行重新设计。瓦斯抽放钻孔布置方式不 变， 改进后插管方式如图 5 所示。 瓦斯抽放结束后， 进行深孔钻孔注浆， 下排注浆 钻孔直接利用部分瓦斯抽放孔， 上排注浆钻孔单独布 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 序号对比内容本煤层瓦斯抽放钻孔深孔注浆钻孔 1钻孔间距较小， 3m较大， 9m 2钻孔层位近似均匀布置 上排钻孔加固层位为煤体与顶板 交界面附近， 下排钻孔加固层位为 工作面中部 3封孔长度20m＞12m 4采用管路全部 PVC内部无要求， 孔口要求钢管 83 ChaoXing （上接第 81 页） 本方法， 水力压裂可以使煤体闭合的裂隙扩张， 并使 裂隙之间相互贯通，形成相互交织的瓦斯流动通道， 使煤体中处于自由状态的瓦斯通过裂隙被抽出， 从而 有效降低工作面煤层瓦斯含量。 2 ） 采空区瓦斯向工作面内涌出是工作面瓦斯超 标的重要因素，在进行工作面超前预抽瓦斯的同时， 必须加强工作面采空区瓦斯的治理和抽采， 在工作面 前方布置钻场施工高、 中位钻孔对采空区的上部裂隙 带的瓦斯进行抽采， 并配合穿透钻孔， 抽采工作面上 隅角瓦斯， 可以有效降低工作面采空区瓦斯含量。 3 ） 采用工作面瓦斯综合抽放技术，提前压裂煤 体， 增加瓦斯抽放通道， 对工作面前方煤体、 采空区顶 板裂隙带和工作面上隅角瓦斯进行综合抽放治理， 可 以有效保障工作边生产安全， 为高瓦斯工作面瓦斯治 理提供了一个新的技术措施。 参考文献 [1] 徐景德， 杨鑫， 赖芳芳， 等.国内煤矿瓦斯强化抽采增透技 术的现状及发展 [J]. 矿业安全与环保， 2014， 41 （4） 100- 103. [2] 王 珂.本煤层钻孔水力压裂增透技术研究[J].山西煤炭， 2015， 35（3） 31- 33. [3] 常利铭.水力压裂技术在煤矿瓦斯治理方面的应用[J].矿 业安全与环保， 2015， 42 （02） 96- 99. [4] 任梅青， 沈永红.煤矿井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯应 用及前景[J].华北科技学院学报， 2015， 12 （04） 58- 63. [5] 张文章， 王璨.水力压裂技术在难抽放煤层中的应用[J]. 煤矿支护， 2011 （10） 85- 86， 88. [6] 左文兵， 张 斌， 李晓绅， 等.水力压裂增透技术在本煤层 瓦斯抽采中的应用 [J]. 煤炭与化工， 2016， 39（10） 32- 34， 38. 作者简介 赵萌萌 （1983-） ， 男， 山西武乡人， 重庆大学采矿工程专 业毕业， 从事煤矿安全技术培训工作。 （收稿日期 2019- 1- 24） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 置，上排注浆钻孔参数与 2.2 中介绍的布置方式一 致。如图 6 所示。 图 5改进后瓦斯抽放钻孔插管示意图 图 6改进后深孔注浆钻孔布置示意图 3.3效果考察 现场实践表明， 改进后设计对瓦斯抽放和深孔注 浆均未产生不利影响，对于 1308 工作面 255m 断层 影响区域， 可以节约 30 个下排钻孔， 按照孔深 105m 计算， 节约 φ94mm 钻孔进尺约 3150m， 按照 300 元 /m计算， 节约成本 94.5 万元。 4结论 1 ） 对于高瓦斯煤层构造区， 需要施工本煤层瓦斯 抽放钻孔和深孔注浆钻孔， 两者有所重合， 造成施工 浪费； 2 ） 分析了本煤层瓦斯抽放钻孔和深孔注浆钻孔 的设计原则， 两者有较多相似之处， 主要不同点在上 排孔层位和孔口管选择上； 3 ） 一体化设计方式为， 深孔注浆下排钻孔可以直 接利用瓦斯抽放孔， 上排钻孔需要单独打设， 将孔口 0.5mPVC管换成钢管； 4 ） 效果考察表明， 一体化设计对瓦斯抽放和深孔 注浆均未产生不利影响，对于 1308 工作面 255m 断 层影响区域， 可以节约 30 个下排钻孔， 节约成本 94.5 万元。 参考文献 [1] 朱捷.白龙煤矿瓦斯抽放钻孔施工工艺研究[J].山东煤炭 科技， 2018， 12 75- 77. [2] 王全明.赵庄矿工作面复合顶板深孔预注浆加固技术[J]. 煤矿安全， 2018， 49 （11） 80- 83. 作者简介 段鹏坤 （1990-） ， 男， 山西长子人， 毕业于山西煤炭职业 技术学院， 助理工程师， 现在山西晋煤集团赵庄煤业有限责 任公司生产技术部任职， 主要从事采煤和安全管理方面的工 作。 （收稿日期 2019- 3- 6） 84 ChaoXing