高瓦斯工作面顺层钻孔瓦斯预抽技术优化研究与应用.pdf
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1、48/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺图1 EH260型高转速液压螺旋钻进钻机b 大直径螺旋钻杆a EH260钻机 高瓦斯工作面顺层钻孔瓦斯预抽技术优化研究与应用付万祥(山西潞安化工集团五阳煤矿,山西襄垣 046205)摘要:为解决五阳煤矿 3#煤层工作面瓦斯抽采达标时间过长影响矿井生产接替的问题,以 7609工作面为工程背景,引进 EH260 大功率螺杆钻机进行顺层钻孔施工,优化设计钻孔封孔工艺。现场实地应用结果表明,顺层钻孔成孔率达到 88%,成孔及抽采效果较好,工作面瓦斯抽采达标时间由 400天缩短为116 天,有效解决了矿井回采工作面接续紧张的问题,取得了良好的应用效果
2、。关键词:顺层钻孔;抽采达标;钻屑法;高瓦斯1 工程概况五阳煤矿 7609 工作面地面位于西周村与西元垴村之间,襄侯线由西向南穿过,地面标高 913941m,工作面标高 323404m,埋深 537590m,平均煤厚 5.71m。7609 工作面布置有一条运输巷、一条回风巷及一条高抽巷。掘进期间实测瓦斯含量得知,7609 工作面煤层原始瓦斯含量最大值为 15.011m3/t。7609 工作面回采采用 U 型通风,回采煤层为 3#煤层,邻近层主要有 1#、2#煤层,均在 3#煤层上方,距离分别为 28.22m、18.03m,煤层厚度分别为 0.61m、0.4m,对主采层无直接影响关系。采用顺层钻
3、孔本煤层预抽+大直径钻孔上隅角抽采技术。参考已回采的 7607工作面,原有施工工艺条件下,7609 工作面采前顺层钻孔瓦斯抽采达标时间最少需要 400 天,将影响矿井采煤工作面的正常接替,故展开顺层钻孔抽采技术优化研究以缩短工作面瓦斯抽采达标时间。2 顺层钻孔钻进工艺优化五阳煤矿 3#煤层煤质松软且瓦斯压力较大,顺层钻孔施工期间常出现卡钻、喷孔等问题,钻进难度较大,效率较低,目前国内常采用螺旋钻杆螺旋钻进技术解决此类问题1,通过提高钻机钻速,可显著提高煤粉的排出速率,减小卡钻、埋钻的频率,提高钻进效率。目前,国内松软突出煤层顺层钻孔施工常用钻机有两种:大扭矩低速钻机,该类型钻机随然防喷孔、卡钻
4、效果较好,钻进速度慢,效率较低。大功率高速钻机,该类型钻机体型较大,且为分体式结构,钻机拆分、移动、组合安装频繁,同样影响施工的效率。基于现有钻机的缺陷,本矿购入了德国哈泽玛格公司 EH260 型高转速液压螺旋钻进钻机,如图 1 所示,该钻机单孔深度可达 260300m,最大钻速 1000r/min,采用螺旋钻杆,钻头直径 127mm。3 大直径瓦斯抽放钻孔封孔技术优化五阳煤矿以往工作面顺层钻孔采用“两堵一注”封孔工艺,封孔深度 6.5m,抽采期间,顺层钻孔瓦斯浓度2023.10 矿业装备/49图3 注浆封孔管及囊袋相对位置图图2 钻孔钻屑量随深度变化规律迅速衰减,封孔时效较短,抽采效果很差。
5、因此,提出在 7609 工作面采用带压封孔技术,该封孔技术是当钻孔施工完成后,先在钻孔内放入封孔套管保护孔壁,套管两端密封,套管内注入高压液体实现封孔。3.1 封孔深度优化为确定 7609 工作面进风巷侧顺层钻孔的最佳封孔深度,采用钻屑法现场测定实体煤帮塑性破坏深度,通过钻进过程中煤粉的排出量判断此处煤体的应力状态2,钻屑量与应力呈正相关的关系,在距 7609 进风巷开口100130m 处采用 ZUST-30/2.5 气动手持式钻机钻进,垂直煤壁施工,共施工 6 个测试孔,整理得到其钻屑量与深度的变化规律如图 2 所示。钻孔深度 110m 范围内,钻屑量平稳的增大,孔深1016m 区间,钻屑量
6、猛然增大,且在 1620m 区间猛然减小。由此可判断,实体煤帮深度 010m 范围内,煤体发生塑性破坏,该部分煤体松软破碎、裂隙发育,透气性良好,不利于封孔;深度 1020m 区间,煤体处于应力集中区,煤体内应力集中程度较高,煤体未发生塑性破坏,封孔段可在该深度范围内。因此,确定 7609 工作面封孔段长度 8m,封孔段深度 917m。3.2 注浆压力分析参阅中国水力水电科学研究院相关学者提出的理论扩散模型,浆液扩散半径与注浆压力的关系3-4:(1)式中:R为浆液扩散半径,7609 工作面顺层钻孔直径130mm 左右,其扰动范围 510 倍直径,故取扩散半径为0.65m;T为注浆时间,结合现场
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