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三软煤层的精准抽采技术研究

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：李军舰

[导读]

        淮南矿业集团潘集三煤矿安徽淮南 232096
        顺层钻孔封孔不严密致使钻孔漏气、煤粉堵塞钻孔、孔内存积水及管路排水不畅等，常导致顺层钻孔抽采浓度低、效果差，直接影响和制约工作面钻孔抽采质量。我们在不断总结以往顺层钻孔在施工、封孔及抽采管理的基础上，在2121（1）工作面轨顺顺层钻孔施工过程中通过强化现场管理，改进封孔、排渣、排水工艺，提高了顺层孔瓦斯抽采浓度和纯量，取得了良好效果。
        1.工作面概况
        2121（1）工作面位于二水平东一采区，处于11-2煤突出危险区，标高-783～-816m。工作面设计走向长760m，倾斜长196m，11-2煤均厚1.7m，平均倾角5°。2121（1）运顺瓦斯综合治理巷（西段）实测11-2煤最大瓦斯含量为6.93m3/t，瓦斯压力为1.7Mpa。
        2.钻孔施工、抽采过程中存在的问题
        2.1 地质异常带、煤层破碎带及松软区施工的钻孔易垮孔及钻孔孔径变大，用常规的囊袋“两堵一注”方法，钻孔封孔不严，漏气，抽采效果差。
        2.2 部分钻孔因煤体坚固性系数低、煤体较粉，抽采过程中易堵塞护孔套管，造成钻孔不畅。
        2.3 煤体含水率大，钻孔抽采过程中，下向顺层钻孔孔内易积水，影响抽采效果。
        3.精细化管理方案
        3.1 系统保障
        3.1.1 建立单独压风排渣系统，安装空压机增强排渣动力。
        为保证钻孔施工过程中的风压，解决钻孔施工中风压不够、排渣不畅问题。打钻地点提前安设专门的空压机，利用巷道内提前布设的注氮、灌浆管路系统向打钻地点单独供风，确保钻孔施工及起钻过程中的排渣动力，有效排尽孔内残渣，避免钻孔内残渣遗留多造成下套管困难，且避免了后期抽采易堵塞护孔套管眼问题等。空压机实物图见图1。

        图1 空压机实物图
        3.1.2 孔内布置排渣、排水管。
        对施工过程中成型差、有积水的钻孔，在孔内布设一趟φ10mm排渣、排水管，长度不小于70m（钻孔设计长度110m）。抽采过程中定期向孔内吹压风，保证孔内的花管不被煤粉堵塞、排除孔内的积水，确保钻孔畅通。顺层孔孔口变头见图2 排渣、排水管连接图见图3。

图2 顺层孔孔口变头图3 排渣、排水管连接图

        图4 顺层钻孔气水渣分离装置连接示意图
        3.1.3 安设一趟专用的排水管路，确保“气走气路、水走水路”，实现气、水分离。
        为了保证顺层钻孔抽采过程中产生的积水、渣不进入主干管，将抽采干管安设在钻孔上方，在钻孔下方专门布设一趟2吋的排水管路，排水管路之间每隔150m左右安设一台气渣分离装置，钻孔出口通过连接软管分别与干管与排水管路连接，保证钻孔抽采过程中产生的积水直接通过排水管排走。真正实现了“气走气路、水走水路”，气、水、渣分离，彻底解决了抽采过程中钻孔内及抽采管积水、钻孔不畅等问题。顺层钻孔气水渣分离装置连接示意图见图4 顺层钻孔气水渣分离装置连接实物图见图5、图6

图5 顺层钻孔气水渣分离装置连接实物图

        图6 顺层钻孔气水渣分离装置连接实物图
        3.1.4 充分利用视频监控系统。
        为充分发挥视频监控系统作用，合理利用资源，达到职责明确、责任可追溯的目的，要求打钻视频监控系统做到“一钻一摄像”，且监控钻孔施工、封孔全过程。监控不中断、储存无失误，并建立视频台帐，查询回放简便流畅。视频资料定期转存、清理，并保存至钻孔施工地点回采结束。
        3.2 其他精细化管理
        3.2.1 因地制宜的采取合适封孔方式
        改进传统的封孔、注浆工艺。异常区域易垮孔的钻孔，封孔堵头采用聚氨酯代替常规的囊袋封孔器，确保钻孔因施工过程中垮孔引起封孔段钻孔孔径扩大，常规的囊袋封孔器造成封孔不实问题，确保封孔堵头与钻孔四周接触紧密，封孔段长度不少于20m。
        钻孔封孔采用“两堵多注”替代“两堵一注”。“多注”即采取间隙性多次带压注浆的方式封堵钻孔，提高钻孔封孔严密性。注浆封孔水泥采用专用速凝水泥，第一次注浆4小时后进行二次注浆，然后进行间歇性的注浆，直到注浆压力稳定在2MPa浆液不能再注入为止，确保钻孔封得住、不漏气。倾角为负封孔示意图见图7。

        图7 倾角为负封孔示意图
        3.2.2 钻孔施工异常区域内，地质测量与防治水科每隔20米画一个剖面，便于合理确定钻孔施工倾角。
        3.2.3 钻机安装时，确保牢固可靠。钻机除采用压车柱固定外，另使用手拉葫芦一头固定在钻机机架上另一头固定在巷帮，进一步稳定钻机。
        3.2.4 加强职工操作方面的培训，规定钻孔小班进尺量，督促职工以合理的钻进参数进行施工。具体操作细节：a、开孔0～30米时，钻孔施工要轻压慢进，压风不易过大，钻进速度中速即可。因孔内煤体松软，孔内供风要小，防止过度破坏孔壁。b、施工过程中，要通过钻压变化、孔口返渣情况，及时调整钻进压力、孔内供风量、钻进速度。如对易上偏钻孔，操作时，应适当加大压风风量，钻进速度宜慢、钻进压力降低。对易下偏钻孔，操作时，应适当减少压风风量，钻进速度宜慢、钻进压力稳定不动。c、每次加一根新钻杆前，钻头应起离孔底200～300mm。加尺后，钻机压力不宜过大，待孔底钻头旋转正常，孔口返渣后，钻头要缓缓切割孔底，待钻头全部进行煤体后，再加大钻进压力，正常进尺。可有效防止因孔底钻屑过多，造成钻孔倾角偏斜。或钻头切割煤体力量不均，造成倾角偏斜。
        3.2.5 加强钻孔质量监督，通防科、抽排队、勘探处随时抽查钻孔抽采效果，利用探管透孔掌握孔内情况，确保钻孔质量。
        3.2.6 强化现场管理。为了保证钻孔施工质量及抽采效果，对钻孔实施承包制度，明确目标，划分责任。即钻孔实行谁施工谁负责、谁验收谁负责、谁监管谁负责、谁分管谁负责的原则，对勘探处潘三钻机工区、抽排队及口内各家应承担的责任作了明确划分。要求所有合格的钻孔必须达到单孔浓度不小于50%，干管浓度不小于30%，否则严肃问责。
        3.2.7 合理控制水泥未凝固期间抽采。钻孔注浆封孔结束后，立即合茬微抽，防止孔内瓦斯外溢造成巷道内瓦斯大。抽采负压以孔口瓦斯不外溢为标准，确保封孔段水泥未凝固前不被抽走影响封孔效果。为了掌握水泥凝固时间，在注浆时提前利用矿泉水瓶装水泥浆挂在钻孔孔口，观察其凝固时间和水泥凝固收缩比例及其配比情况。一般情况下，水泥浆水灰比1：2，凝固大约需48小时，待水泥完全凝固后才能正常抽采，之前采取微抽方法。矿泉水瓶装水泥浆样本见图8。

        图8 矿泉水瓶装水泥浆样本图
        3.2.8 钻孔与抽采系统的各连接部位要采用缠生胶带、摸玻璃胶、上密闭胶等方式加强密封，防止漏气。排水排渣管路、抽采附件等使用时要进行气密性试验，防止漏气。
        4.效果考察
        2121（1）轨顺顺层孔于2020年1月1日开始施工，自动计量数据于2020年1月4日开始上传，抽采以来（除1月22日至2月10日春节及疫情放假），干管抽采浓度一直保持在30％以上，最高达50％，百孔抽采纯量2.3m3/min以上。主管路抽采负压最小20KPa，最大39KPa，平均28KPa。抽采负压、抽采浓度、抽采混合量、抽采纯量曲线分别见图9至图12。