鉆孔擴孔及自然水壓沖孔應用

引言
　　穿層鉆孔預抽煤層瓦斯是區(qū)域性瓦斯治理技術中的必不可少的一項技術手段，但相比較來說施工穿層鉆孔的治理費用比順層鉆孔的費用要多，礦井瓦斯治理投入較大，效果也不甚明顯?；诖耍钅系V針對自身的現(xiàn)狀，嘗試了對施工鉆孔進行綜合利用，對施工的鉆孔進行掃孔和擴孔，經(jīng)過不斷的探索和試驗分析。實驗證明鉆孔掃孔和沖孔的應用，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。
　　1 地質概況
　　1.1 試驗地點煤層賦存情況
　　試驗地點位于我礦34下5底板巷，在34下5底板巷施工底板鉆孔，對34下5機巷及兩幫的32煤層進行預抽。
　　所預抽的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；煤層結構復雜，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，條帶狀結構，層狀構造參差狀斷口，內生裂隙較發(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 試驗地點煤層頂、底板情況
　　老頂為中細砂巖，厚4.3～5.4m，灰色，塊狀，中細砂巖，膠結致密，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炭質泥巖。老底細砂巖，厚0.5～2.8m，灰～灰白色，中細砂巖，塊狀結構，致密堅硬，具水平層理，成份以云母和石英為主。
　　2 試驗配套設備
　?。?）鉆機：采用ZDY-3200S全液壓鉆機，該鉆機由西安煤炭科學研究院鉆探研究所研制生產。（該鉆車為液壓鉆機，最大扭矩3200 N?m）
　?。?）鉆桿：采用直徑73mm，長1m的平光鉆桿。
　?。?）鉆頭：施工時為Ф133mm金剛石復合片鉆頭，擴孔為Ф130mm掏穴鉆頭（展開后Ф260mm）。
　　（4）試驗鉆場：11#.13#鉆場鉆孔完成后用擴孔鉆頭進行掃孔，12#采用鉆孔完成后不掃孔。
　　（5）沖孔水壓：5Mpa～5.5Mpa。
　　3 試驗過程
　　此次試驗目的是利用擴孔鉆頭施工底板鉆孔，通過對穿層鉆孔對擴孔、沖孔后的煤量、瓦斯排放量和抽放影響的范圍進行綜合分析，得出結論，優(yōu)化鉆孔施工參數(shù)。
　　3.1 考察步驟
　　采用ZDY3200S型鉆機，先用Ф133mm金剛鉆頭施工至進入煤層500mm后起鉆，換用Ф130mm擴孔鉆頭（展開后Ф260mm），下至見煤處開始進行擴孔。利用擴孔鉆孔考察以下參數(shù)：
　?。?）考察掏出總煤量的大小，詳細記錄每個鉆孔擴孔期間及自然水壓沖孔半小時的煤量。
　　（2）利用CJZ瓦斯參數(shù)測定儀考察擴孔鉆孔與非擴孔鉆孔排放瓦斯量，對比計算掏出的瓦斯量。
　?。?）鉆場結束后對比利用擴孔鉆頭施工的鉆場和沒用擴孔鉆頭施工并沖孔的鉆場的抽采參數(shù)。
　　3.2 掏出煤量比較
　　通過施工比較，擴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 單個鉆孔抽采效果分析比較
　　為防治瓦斯超限，沖孔過程中使用防噴孔裝置，沖孔時排出的瓦斯直接由抽放裝置抽走，無法比較瓦斯排放量。但鉆孔合茬后對鉆孔單孔瓦斯抽放參數(shù)進行了測量，具體參數(shù)如下表1、表2、表3：
　　表1 12#鉆場（未擴孔鉆場）單孔瓦斯抽放參數(shù)表
　　鉆場號 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（擴孔鉆場）單孔參數(shù)表
　　鉆場號 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（擴孔鉆場）單孔參數(shù)表
　　鉆場號 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
　　在相同的負壓條件下，12#鉆場的平均單孔流量為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行掃孔的鉆孔。
　　3.4 鉆場抽采效果分析
　　鉆場合茬后，對整個鉆場的抽采參數(shù)進行了測定，可以看出，掃孔的鉆場，在相同負壓的情況下，抽采的流量要顯著大于未掃孔的鉆場，11#鉆場近幾個月平均抽采純量為0.3553m3/min，12#鉆場近幾個月平均抽采純量為0.2939m3/min，12#鉆場近幾個月平均抽采純量為0.4173m3/min。
　　掃孔鉆場要比未掃孔鉆場平均抽采純量要大1.2～1.4倍。
　　4 結論
　　經(jīng)過試驗對比，穿層利用掃孔鉆頭進行掃孔，后期進行自然水壓沖孔，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。