瓦斯短孔抽采封孔技术研究

瓦斯短孔抽采封孔技术研究

刘海涛

中煤第五建设有限公司第一工程处江苏徐州221006

摘要：中煤第五建设有限公司第一工程在山西潞安矿业集团余吾煤矿南风井井下+400m水平南翼胶带大巷施工时穿越F195断层，期间煤层层理节理发育且层理紊乱，煤质松软破碎，瓦斯涌出量增大。在距断层面10m处施工瓦斯泄压预抽孔分三个阶段预抽，第一阶段钻孔深度10m、第二阶段钻孔深度30m、第三阶段钻孔深度60m，采用快速封孔器封孔。

关键词：煤矿；断层；泄压预抽；分段预抽；快速封孔器

1．工程概况

潞安集团余吾煤矿设计年产量为750万吨/年，生产能力大，服务年限长，为国家的重点工程。南三采区各巷道处于3#煤层中，各巷道周围无采空区，均为原煤巷道，煤层瓦斯含量为9-10m³/t，属高瓦斯区域。我单位施工的潞安集团余吾煤矿+400水平南翼胶带大巷设计为矩形巷道，掘进宽度为5300mm，掘进高度3650mm，净宽5000mm，净高3500mm，喷浆厚度150mm，强度C20，巷道设计沿煤层顶板掘进，巷道设计全长3248m。巷道掘进期间实测瓦斯含量为9.72m³/t，可解吸量为7.76m³/t；实测钻屑解吸指标K1值为0.45，巷道掘进采用4台2×45KW局部通风机、两趟800mm风筒供风，供风风量为1453m3／min。南翼胶带大巷工作面巷道检修时间工作面风流平均瓦斯浓度0.20%，回风流平均瓦斯浓度0.55%。

巷道掘进至里程2593m处时施工超前探孔，在钻孔深度50m处时见岩，根据探测结果，前方50m处发育F195断层（倾角88°，断距2m，走向221°）。巷道继续掘进至工作面里程2633m，由于靠近F195断层面，煤层层理紊乱，煤质松软破碎，瓦斯涌出量增大，工作面瓦斯浓度0.5%，回风流瓦斯浓度0.72%，煤炮声增加并伴有轻微瓦斯动力现象，遂对巷道掘进方向前方煤体进行瓦斯泄压预抽。

2．泄压抽采钻孔施工方案

2.1钻孔施工方案

钻机型号及钻孔标准：

钻机型号：ZDY4000LP型煤矿深孔台车。

泄压抽采钻孔布置要求：第一阶段方位角为180°，与巷道掘进方向一致；第二阶段与第三阶段两帮钻孔分别外扩巷帮15m。

2.2钻孔具体参数

2.3钻孔封孔工艺

使用快速封孔器与原始封孔工艺比较有如下几点优点：

1、大幅度减少封孔时间。

2、抽采完成后快速封孔器可以回收复用，减少注浆材料费用（原始封孔工艺中单孔封孔费用：注浆料400元、封孔囊袋165元、pvc管640元、接头45元，总费用1250元，使用快速封孔器后可避免单孔封孔使用的费用，降低单孔费用）。

3、使用快速封孔器减少钻孔漏气情况（快速封孔器利用硅胶材料的可塑性，将快速封孔器插入钻孔后，硅胶材料会根据钻孔局部不规则的形状产生形变，对钻孔起到较好的密封性）。

图一抽采钻孔快速封孔器示意图

2.4抽采工艺

在初期施工瓦斯泄压钻孔时钻孔深度设计孔深30m，由于工作面向前10m处达到断层面，钻孔施工至10-15m时喷孔严重，后调整抽采工艺，对断层区域实行分段预抽。

由于瓦斯含量较高，瓦斯钻孔均采用麻花钻杆施工干钻。

第一阶段对断层面北侧煤体进行泄压预抽，分解、降低断层面处瓦斯压力，预抽24小时后测定瓦斯参数；当瓦斯含量<8m3/t，K1值<0.4且工作面无瓦斯动力现象后进行第二阶段钻孔施工。

第二阶段对断层范围进行瓦斯泄压预抽，此段钻孔施工时钻孔分两行四列，两帮的四个钻孔均外扩巷帮15m，钻孔深度20m，此段施工钻孔时钻孔开孔处需安装放喷装置，打钻时需降低钻杆推进速度，防止钻杆震动引起瓦斯集中涌出现象。此段钻孔带抽48小时后测定瓦斯参数，当瓦斯含量<8m3/t，K1值<0.4且工作面无瓦斯动力现象后进行第三阶段钻孔施工。

第三阶段对断层南侧范围进行瓦斯泄压预抽，钻孔深度30m。

图二瓦斯泄压抽采工艺图

3．关键技术创新与实施效果

煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔多采用专用注浆料、PVC管、注浆管、返浆管、布囊进行注浆，注浆过程耗时长，单孔注浆费用高，注浆材料凝固后会出现干涸开裂情况，造成抽采孔漏气现象，此种封孔工艺由于下管深度长，在长期维护下，多用于深孔长期预抽。

在煤矿遇地质构造时多采用短孔短期预抽，采用快速封孔器节省封孔时间，节约封孔材料，提高抽采效率，为巷道的快速掘进提供技术支撑。

4．结论与建议

该瓦斯短孔抽采封孔技术主要适用条件如下：

（1）巷道掘进过程中遇地质构造，需进行瓦斯泄压抽采；

（2）巷道掘进过程中揭煤，需进行瓦斯短孔预抽；

（3）适用于各种深度<50m的瓦斯预抽钻孔；