高压水力冲孔治理条带瓦斯 掩护煤巷掘进技术研究

刘鹏飞

摘要：文章研究了高压水力冲孔掩护煤巷掘进的主要技术原理及优点，阐述了高压水力冲孔实施效果，着重总结了高压水力冲孔技术特点。研究表明，在严重煤与瓦斯突出的矿井，平煤股份十二矿采用水力冲孔后，通过对条带瓦斯的区域治理，有效提高了瓦斯抽放效果，降低了煤层瓦斯含量，释放了巷道煤岩弹性能，达到了防止煤与瓦斯突出的效果，有效提高了掘进工作面掘进速度。

关键词：高压水力冲孔；条带瓦斯；区域治理；瓦斯抽放

中图分类号：TD713 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0047-02

1概述

平煤股份十二矿随着矿井开采深度的不断增大，瓦斯和煤与瓦斯突出问题日益严重，并成为制约煤矿安全生产，矿区灾难主要诱发因素。根据国家下发《防治煤与瓦斯突出管理规定》文件规定，突出煤层瓦斯治理必须采取区域先行，局部补充的治理原则。十二矿通过在西翼第二瓦斯治理巷施工高压水力钻孔治理己15-17220进风巷瓦斯的区域瓦斯治理方式，使突出煤层发生变形、位移、卸压、透气性增大、最终使瓦斯得以提前释放，瓦斯压力与瓦斯含量下降，煤体变硬等，最终起到防止被保护煤层煤与瓦斯突出的效果。

2高压水力冲孔技术原理及优点

2.1高压水力冲孔原理

水力冲孔是利用高压水在煤体内部形成空洞，使煤体卸压、增透，使煤层中的瓦斯得到充分释放，从而达到消突的作用。

2.2高压水力冲孔优点

①冲出大量煤粉，为煤体膨胀变形提供充分的空间，周围煤体在地应力作用下发生膨胀变形，使地应力向四周移动，达到到局部卸压作用。

②从瓦斯活动来讲，不但冲孔期间有大量的瓦斯排出，而且冲孔后，由于煤体发生膨胀变形，影响范围逐渐扩大，孔隙率增加，煤层透气性增大，导致较远处的瓦斯也能够源源不断地涌向孔道。因此，可增大煤层透气性，提高瓦斯抽采半径，有效降低冲孔附近煤体的煤层瓦斯含量。由于高瓦斯压力的缓解，瓦斯含量的减少，煤层透气性的增加，有效防治煤与瓦斯突出。

③湿润煤体，使煤体脆性减弱，增加煤体塑性，降低煤体弹性势能；另外，湿润煤体后，可降低煤体中残存瓦斯的解吸速度，减小瓦斯赋存。

3水力冲孔设备及工艺

3.1设备

①冲孔泵：型号BRW 400/31.5型煤矿用乳化液泵，额定壓力31.5 MPa、额定流量400 L/min。

②水箱：铁质，容积3 m3。

③压力表: 型号YHY 60（B）矿用本安型数字压力计。

④高压密封钻杆：型号ZGFA 50/800。

⑤高压射流器:GSQ30/1.5。

⑥高压射流喷嘴:型号SHG—2.8。

⑦控制装置：型号BO—TK01。

⑧高压密封水辫：FL/HZ。

⑨MK-4型全液压坑道钻机。

⑩高压管路：选用内径分别为Φ19 mm、Φ25 mm、和Φ51 mm，耐压强度≥35 MPa的高压胶管。

3.2工艺流程

施工钻孔→退孔→顺专用钻杆→确定钻机处进液阀关闭→开泵供水→从己15煤底板处开始以后退式方式水力冲孔→关闭进液阀→拉顺钻杆→检查确定孔内专用钻杆没有堵孔→接卸专用钻杆→重复以上工序直至专用钻杆退到己15煤底板处为止→水力冲孔以冲出煤粉3 t标志水力冲孔成功→通知泵站司机停泵→停钻→关闭进液阀→待液压表压力为0 MPa→检查确定无误后方可退孔。

4工作面概况

己15-17220采面位于十二矿己七采区下部西翼，东邻己七二期三条下山，南邻己15-17200采面，西邻十矿和十二矿边界线，北部为未开采区域。该面倾斜长度为150 m，可采走向长度750 m，可采储量53.46万 t，煤厚3~3.5 m，平均3.3 m，煤层容重1.31 t/m3，煤层倾角10 ̊~30 ̊，平均20 ̊，采面标高在-566~-634 m之间，地面标高为+190 m。顶板为沙质泥岩和沙岩，底板均为砂质泥岩，构造简单。

西翼第二瓦斯治理巷设计890 m，开口处在己15煤层中，沿己15煤层掘进22 m后，以16 ̊下山穿过己16-17煤层，沿庚18煤层掘进，与己15-17220进风巷外错，平距20 m，距己16-17煤层底板9 m（推测），标高-598~-657 m之间，西翼第二瓦斯治理巷采用锚网索支护，巷道规格：净宽×净高=4.6 mm×3.4 mm，锚杆采用22 mm×2 200 mm左旋无纵筋KMG（500）锚杆，排距700 mm，锚索采用直径22 mm×7 500 mm低松弛钢绞线，间距1 500 mm，排距1 400 mm，网采用钢笆网。巷道内铺设有皮带，人行道侧宽2.2 m。通风系统为全负压通风，风量为970 m3/min。

5瓦斯治理方案

①从西翼第二瓦斯治理巷开口向里67 m处开始，每5 m设计一组穿层抽采钻孔，每组钻孔设计7个，控制己15-

17220进风巷巷道轮廓线外15 m位置。

②从西翼第二瓦斯治理巷开口向里65 m处开始，每5 m设计一组水力冲孔，每组3个水力冲孔，分别控制己15-

17220进风巷巷道轮廓线外7 m及巷道中心。

通过在两组抽放钻孔中间布置水力冲孔，增加煤体透气系数，提高瓦斯抽放效果。

6高压水力冲孔效果分析

随后选取两组抽放钻孔和两组间水力冲孔作为对比，西翼第二瓦斯治理巷冲孔前，平均单孔浓度35.9%，冲孔后24 h测量冲孔周边钻孔单孔平均浓度为93.9%，单孔浓度明显提高。

如图1所示，可以看出，水力冲孔及瓦斯抽放技术研究不仅可以很好的解决矿井深部煤层透气性差，瓦斯难以抽放，不能有效利用等问题，还可以极大的提高瓦斯抽放效率，不仅解决了环境污染问题，而且合理解决了矿井煤层瓦斯所造成的煤与瓦斯突出等一系列危害问题，也为以后的矿井深部瓦斯抽放、防治工作积累了宝贵经验，同时也为企业创造了可观的效益。

高压水力冲孔不仅解决了瓦斯的危害问题，而且确保了矿井的安全生产，也为其他兄弟单位今后防治矿井瓦斯方面提供了可靠的技术依据，具有很好的借鉴作用和良好的社会经济效应。

参考文献：

[1] 刘英振,丁永明,吴红玉,等.地应力对水力冲孔掩护煤巷掘进布孔的影响[J].中国煤炭,2013,(10).