鉆孔擴(kuò)孔及自然水壓沖孔應(yīng)用

引言
　　穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯是區(qū)域性瓦斯治理技術(shù)中的必不可少的一項(xiàng)技術(shù)手段，但相比較來(lái)說(shuō)施工穿層鉆孔的治理費(fèi)用比順層鉆孔的費(fèi)用要多，礦井瓦斯治理投入較大，效果也不甚明顯?；诖耍钅系V針對(duì)自身的現(xiàn)狀，嘗試了對(duì)施工鉆孔進(jìn)行綜合利用，對(duì)施工的鉆孔進(jìn)行掃孔和擴(kuò)孔，經(jīng)過(guò)不斷的探索和試驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)證明鉆孔掃孔和沖孔的應(yīng)用，可以使瓦斯抽采效果大大提高，能有力保障礦井的安全生產(chǎn)。
　　1 地質(zhì)概況
　　1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)煤層賦存情況
　　試驗(yàn)地點(diǎn)位于我礦34下5底板巷，在34下5底板巷施工底板鉆孔，對(duì)34下5機(jī)巷及兩幫的32煤層進(jìn)行預(yù)抽。
　　所預(yù)抽的32煤層厚度2.8～4.2m，平均3.7m，為中厚～厚煤層，以中厚煤層為主；煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸層數(shù)1～3層，以1～2層為主，夾矸巖性多為泥巖，厚0.02～0.8m。煤呈黑色～灰黑色，瀝青～玻璃光澤，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造參差狀斷口，內(nèi)生裂隙較發(fā)育。宏觀煤巖成分以亮煤、暗煤為主，夾有鏡煤透鏡薄層，宏觀煤巖類(lèi)型為半亮～半暗型煤。容重1.38～1.43t/m3，平均1.4 t/m3。
　　1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)煤層頂、底板情況
　　老頂為中細(xì)砂巖，厚4.3～5.4m，灰色，塊狀，中細(xì)砂巖，膠結(jié)致密，含大量的石英、云母片，局部含粉砂巖。直接頂泥巖，厚8.5～12.8m，灰～灰黑色，致密，塊狀，性脆，泥巖，含有云母和植物化石碎片。直接底泥巖，厚1.5～2.5m，灰色～深灰色，致密，塊狀，局部具有厚約0.3m炭質(zhì)泥巖。老底細(xì)砂巖，厚0.5～2.8m，灰～灰白色，中細(xì)砂巖，塊狀結(jié)構(gòu)，致密堅(jiān)硬，具水平層理，成份以云母和石英為主。
　　2 試驗(yàn)配套設(shè)備
　　（1）鉆機(jī)：采用ZDY-3200S全液壓鉆機(jī)，該鉆機(jī)由西安煤炭科學(xué)研究院鉆探研究所研制生產(chǎn)。（該鉆車(chē)為液壓鉆機(jī)，最大扭矩3200 N?m）
　?。?）鉆桿：采用直徑73mm，長(zhǎng)1m的平光鉆桿。
　?。?）鉆頭：施工時(shí)為Ф133mm金剛石復(fù)合片鉆頭，擴(kuò)孔為Ф130mm掏穴鉆頭（展開(kāi)后Ф260mm）。
　?。?）試驗(yàn)鉆場(chǎng)：11#.13#鉆場(chǎng)鉆孔完成后用擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行掃孔，12#采用鉆孔完成后不掃孔。
　?。?）沖孔水壓：5Mpa～5.5Mpa。
　　3 試驗(yàn)過(guò)程
　　此次試驗(yàn)?zāi)康氖抢脭U(kuò)孔鉆頭施工底板鉆孔，通過(guò)對(duì)穿層鉆孔對(duì)擴(kuò)孔、沖孔后的煤量、瓦斯排放量和抽放影響的范圍進(jìn)行綜合分析，得出結(jié)論，優(yōu)化鉆孔施工參數(shù)。
　　3.1 考察步驟
　　采用ZDY3200S型鉆機(jī)，先用Ф133mm金剛鉆頭施工至進(jìn)入煤層500mm后起鉆，換用Ф130mm擴(kuò)孔鉆頭（展開(kāi)后Ф260mm），下至見(jiàn)煤處開(kāi)始進(jìn)行擴(kuò)孔。利用擴(kuò)孔鉆孔考察以下參數(shù)：
　?。?）考察掏出總煤量的大小，詳細(xì)記錄每個(gè)鉆孔擴(kuò)孔期間及自然水壓沖孔半小時(shí)的煤量。
　?。?）利用CJZ瓦斯參數(shù)測(cè)定儀考察擴(kuò)孔鉆孔與非擴(kuò)孔鉆孔排放瓦斯量，對(duì)比計(jì)算掏出的瓦斯量。
　　（3）鉆場(chǎng)結(jié)束后對(duì)比利用擴(kuò)孔鉆頭施工的鉆場(chǎng)和沒(méi)用擴(kuò)孔鉆頭施工并沖孔的鉆場(chǎng)的抽采參數(shù)。
　　3.2 掏出煤量比較
　　通過(guò)施工比較，擴(kuò)孔鉆頭掃孔后用自然水壓沖孔，平均每孔可沖出1.2t的煤量，沖孔20分鐘后水變清，沖不出鉆渣。不掃孔的鉆孔用自然水壓沖孔，平均每孔可沖出1t的煤量，沖孔15分鐘后水變清，沖不出鉆渣。
　　掃孔的鉆孔比未掃孔的鉆孔沖出的煤量要大。
　　3.3 單個(gè)鉆孔抽采效果分析比較
　　為防治瓦斯超限，沖孔過(guò)程中使用防噴孔裝置，沖孔時(shí)排出的瓦斯直接由抽放裝置抽走，無(wú)法比較瓦斯排放量。但鉆孔合茬后對(duì)鉆孔單孔瓦斯抽放參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，具體參數(shù)如下表1、表2、表3：
　　表1 12#鉆場(chǎng)（未擴(kuò)孔鉆場(chǎng)）單孔瓦斯抽放參數(shù)表
　　鉆場(chǎng)號(hào) 鉆孔 流量（m3/min） CH4（%） 純量（m3/min） 壓力（KPa） 溫度（℃）
　　12# 1-1 0.045 40.2 0.0181 21.2 27.2
　　1-2 0.047 44.1 0.0207 21.5 26.8
　　1-3 0.049 49.3 0.0242 21.5 27
　　1-4 0.068 55.6 0.0378 21.4 27
　　1-5 0.035 33.5 0.0117 21.2 27.7
　　1-6 0.056 21.1 0.0118 21.2 28
　　1-7 0.031 50.6 0.0157 21.3 28.3
　　平均值 0.047 42.1 0.02 21.3 27.42857
　　表2 11#鉆場(chǎng)（擴(kuò)孔鉆場(chǎng)）單孔參數(shù)表
　　鉆場(chǎng)號(hào) 鉆孔 流量（m3/min） CH4（%） 純量（m3/min） 壓力（KPa） 溫度（℃）
　　11# 1-1 0.113 99.9 0.1129 21.2 26.9
　　1-2 0.109 98.1 0.1069 21.2 27.5
　　1-3 0.047 44.7 0.021 21.3 26.2
　　1-4 0.086 53.3 0.0458 21.4 25.6
　　1-5 0.062 70.1 0.0435 21.5 24
　　1-6 0.045 75.9 0.0342 21.4 25.1
　　1-7 0.036 72.8 0.0262 21.2 26.6 　　平均值 0.071 73.5 0.0558 21.3 26
　　表3 13#鉆場(chǎng)（擴(kuò)孔鉆場(chǎng)）單孔參數(shù)表
　　鉆場(chǎng)號(hào) 鉆孔 流量（m3/min） CH4（%） 純量（m3/min） 壓力（KPa） 溫度（℃）
　　13# 1-1 0.122 94.8 0.1157 22.2 27.5
　　1-2 0.089 88.9 0.0791 21.7 27.3
　　1-3 0.075 99.9 0.0749 21.5 27.5
　　1-4 0.073 67 0.0489 21.3 27.5
　　1-5 0.047 44.1 0.0207 21.4 26.8
　　1-6 0.045 40.2 0.0181 21.5 27.2
　　1-7 0.077 88.9 0.0685 21.3 28.4
　　平均值 0.075 74.8 0.0608 21.5 27.5
　　在相同的負(fù)壓條件下，12#鉆場(chǎng)的平均單孔流量為0.047 m3/min，濃度為42.1%，純量為0.02 m3/min。11#鉆場(chǎng)平均單孔流量為0.071 m3/min，濃度為73.5%，純量為0.0588m3/min 。13#鉆場(chǎng)為0.075 m3/min，濃度為74.8%，純量為0.0608 m3/min。
　　由以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，掃孔后的鉆孔，抽采的流量、濃度、純量都要顯著大于未進(jìn)行掃孔的鉆孔。
　　3.4 鉆場(chǎng)抽采效果分析
　　鉆場(chǎng)合茬后，對(duì)整個(gè)鉆場(chǎng)的抽采參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，可以看出，掃孔的鉆場(chǎng)，在相同負(fù)壓的情況下，抽采的流量要顯著大于未掃孔的鉆場(chǎng)，11#鉆場(chǎng)近幾個(gè)月平均抽采純量為0.3553m3/min，12#鉆場(chǎng)近幾個(gè)月平均抽采純量為0.2939m3/min，12#鉆場(chǎng)近幾個(gè)月平均抽采純量為0.4173m3/min。
　　掃孔鉆場(chǎng)要比未掃孔鉆場(chǎng)平均抽采純量要大1.2～1.4倍。
　　4 結(jié)論
　　經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，穿層利用掃孔鉆頭進(jìn)行掃孔，后期進(jìn)行自然水壓沖孔，可有效的提高鉆孔掏出的煤量，并利用后期的瓦斯抽放，可有效的提高鉆孔的利用率和瓦斯抽采效。