玉舍中井煤矿10903采煤面综合治理瓦斯技术

玉舍中井煤矿 10903 采煤面综合治理瓦斯技术

管均

贵州格目底矿业有限公司水城县玉舍中（井）煤矿 贵州 六盘水市、 553020

摘 要：中井煤矿为煤与瓦斯突出矿井，在矿井生产过程中，安全生产压力较大，主要表现为常规瓦斯抽采方法不能有效解决掘进期间瓦斯治理及工作面安全回采的问题。为此，对10903工作面采用多措施治理瓦斯，达到区域消突。通过在10903回巷使用大功率定向钻机施工顺层瓦斯抽采定向钻孔，并采用重复脉冲强冲击波煤层增透预裂技术对所施工钻孔进行増透预裂，所施工钻孔采用“固孔封孔一体化”方式进行封孔连抽；同时后期回采过程中，在10903回巷高位钻场内施工高位钻孔抽采采空区瓦斯。井下煤层增透预裂技术及其它瓦斯治理技术已经取得成功，对于个别技术属于首次应用，在使用过程中，技术存在欠缺，需要进一步实验研究，达到高效抽采的效果。

关键词：瓦斯治理；高位钻孔； 固孔封孔一体化；重复脉冲强冲击波；煤层增透预

^{1 引 言}

贵州格目底矿业有限公司玉舍中井煤矿位于水城县南部勺米乡境内，可采储量1860.6万吨，设计生产能力60万t/a，矿井服务年限32年，工作面采用走向长壁后退式采煤法，全部陷落法管理顶板。

玉舍中井煤矿10903工作面走向长度为1800m、工作面长度为184m，作业煤层为K9煤层，瘦煤，平均厚度3米。结构简单，上距k1b煤层52米。K9煤层有煤与瓦斯突出危险性埋深336.1m，瓦斯压力1.20MPa、瓦斯压力梯度0.0033MPa/m、瓦斯含量10.9938m³/t、透气性系数0.1115m²/MPa².d、钻孔流量衰减系数0.0493d^-1；据此，在10903运回两巷实施长距离、大孔径瓦斯抽采定向钻孔，并且在孔内下入玻璃钢筛管，以增加煤层泄气面积，长久支撑孔壁，得以持久抽采瓦斯；另外，采用该煤层增透预裂技术改善煤层透气性，提高抽采率，降低10903运巷掘进及工作面回采时的瓦斯突出危险性。

^{2 重复脉冲强冲击波煤层增透预裂瓦斯治理工艺}

2.1 重复脉冲强冲击波煤层增透技术运用

格目底矿业有限公司委托宁夏煤炭勘察工程公司在中井煤矿采用井下顺层瓦斯抽采定向钻孔，以10903回巷下行顺层抽采钻孔为主要消突措施，以10903运巷施工本煤层钻孔为辅助消突措施，并减少底板瓦斯巷掘进工程，对10903工作面进行区域消突，最终实现区域性卸压消突。

2.2 重复脉冲强冲击波的原理

2.2.1 重复脉冲强冲击波的产生

重复脉冲强冲击波是以高功率脉冲技术为基础，以液电效应机理所产生。产生重复脉冲强冲击波的电脉冲装置由：电源控制箱、传输电缆、高压直流电源、储能电容器、能量控制器、能量转换器等组成。一般将高压直流电源、储能电容器、能量控制器和能量转换器集成为一个棒状刚性整体，作为入孔增透设备。

电源控制箱将巷道中的工频电源先整流，再逆变成中频输出，实质是一个中频逆变器，输出电压幅值300V，电流小于10A，频率1kHz。通过传输电缆将此中频电流提供给高压直流电源供电，高压直流电源升压整流后为储能电容器充电。当充电到能量控制器的控制阈值时，能量控制器接通储能电容器与能量转换器，将电能传送给能量转换器，能量转换器转换电能为冲击波能量作用于储层。

2.2.2重复脉冲强冲击波对煤层的作业机理

重复脉冲强冲击波技术井下增透煤层是将地面抽采煤层气井中增透煤层的电脉冲设备应用到井下瓦斯抽采孔中，直接增透煤层。

重复脉冲增透煤层的效果与炸药在岩石中的单次爆炸效果以及煤层中深孔预裂爆破的单次增透效果基本相似，不同的是重复脉冲强冲击波采用单次小能量在一个区域进行多次重复的致裂增透，然后再通过设备在孔中的移动实现对整个孔的增透。

2.3 重复脉冲增透施工及技术要求

^{施工要求：施工}区域为没有其他钻孔施工和未受采动活动影响；钻孔要求为近水平/下行钻孔；试验区域内准备有完善且可随时对钻孔进行抽采的系统。

技术要求：利用井下千米定向钻机施工定向钻孔，实现大孔径、长距离钻孔抽采煤层瓦斯；钻孔实施结束之后，在孔内下入玻璃钢筛管，用于支撑孔壁，达到持久、高效抽采煤层瓦斯的目的；在玻璃钢筛管内下入增透设备对煤层进行增透技术改造，改善煤体透气性，大幅提高井下瓦斯预抽采效率；增透作业结束后，在孔口安装瓦斯抽采装置，并将其接入到井下瓦斯抽放系统中进行瓦斯抽采；记录、分析瓦斯抽采数据，对瓦斯抽采效果做出评价。

^{2.4 瓦斯治理方案}

本次工程分别布置于10903运巷下帮15^#、17^#、22^#钻场各布置一个钻孔，俯角0～1°，沿10903运巷掘进方向行进，钻孔编号分别为15^#、17^#、22^# ，设计孔深分别为190m、260m、226m，钻孔方位角均为293°。

10903回巷1^#至14^#钻场内共布置下行钻孔16个。根据以往其它地区所实施煤层增透效果，其有效抽采半径在20米以上，故设计钻孔间距为40米，编号依次为1

^#~13^#、14-1^#、14-2^#、14-3^#，方位角23°，设计孔深分别均为210m以上，俯角-17～-19°，其终孔位置超出10903运巷下帮30米（预防下行钻孔沉渣，预留10米为沉渣袋）

^{2.5 钻孔工艺及预案}

^{2.5.1 施工流程}

钻孔施工位置分别位于10903运回两巷，在钻孔施工前由相关部门负责对钻场做好通风安全工作，以及顶板、煤帮、周边进行支护、加固，达到安全施工条件后方可开工。

钻孔以Φ215mm牙轮钻头开孔，下入Φ173mm玻璃钢套管，进行水泥固孔；固孔完成后进行耐压试验；耐压试验合格后采用Φ94mm钻头并辅以孔底马达、DGS导向系统等定向钻具进行定向钻进，钻至预定深度终孔，并采用Φ153mm导向钻头扩至终孔；之后逐根连接下入Φ116.6mm玻璃钢筛管；之后进行煤层增透作业；增透作业完成之后，撤出增透设备，将孔口排采装置与井下瓦斯抽采管路连接进行负压抽采。

10903回巷1#钻孔成孔后，实施增透作业并进行抽采；10903回巷2#钻孔孔成孔后，先不实施增透作业，直接进行抽采，与其余实施增透作业的钻孔抽采情况进行对比，待所有钻孔全部作业完成之后再对其进行增透。

^{2.5.2 钻孔结构设计}

钻孔结构设计为三开：一开：孔径Φ216mm，钻进至12米，下入Φ173mm玻璃钢套管；二开：以Φ94mm钻头配备孔底马达、无磁钻杆、 DGS导向系统进行定向钻进；三开：Φ153mm导向钻头扩孔钻进，下入Φ108.6mm玻璃钢筛管。

^{5 达到的效果及效益}

该工程的实施，提高了矿井瓦斯抽采率，将矿井的瓦斯抽采率从原有的62.7%提高至77.8%以上。10903运回两巷支管瓦斯抽采纯量合计32.84m³/min，单孔浓度达70%，平均浓度为50%以上。10903运回两巷自采取重复脉冲强冲击波增透措施开始到工程结束，10903运巷掘进期间K1值最大0.37，炮后瓦斯最大值为0.46%；10903回巷掘进期间K1值最大0.21，炮后瓦斯最大值为0.44%。 同时有效解决了松软煤层钻进时易踏孔埋钻、喷孔、卡钻及递进式平行长钻孔水力排渣困难难题；具有钻孔施工周期短、成本低、瓦斯抽采效果好等显著优势。

另一方面，本次工程也达到预期效果，则可节省我矿大量的常规瓦斯钻探工程量及底板瓦斯巷道工程。因此，本次工程的实施，节省了我矿大量的人力、物力及财力的投入，将大大缓解我矿的安全压力，减少安全损失，变相的增加经济效益。

参考文献

[1] 煤矿安全规程读本编委会.煤矿安全规程读本 [M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[2] 杨孟达.煤矿地质学 [M]. 北京：煤炭工业出版社，2003.

[3] 张宝明，陈炎光，徐永圻.中国煤矿瓦斯高产高效技术. 徐州：中国矿业大学出版社. 2001.10

作者简介：管均（1968-），男，现任通防工区抽采副区长，助理工程师，主要从事煤矿井下“一通三防”与瓦斯治理技术管理工作。

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