煤矿井下下向穿层钻孔高效抽采瓦斯技术研究及实践.docx

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一、概况
煤矿井下巷道下向穿层抽采钻孔施工过程中，往往出现以下问题：见煤距离长，施工难度大，成孔差；下向穿层钻孔封孔难，容易堵塞钻孔；下向穿层抽采钻孔中，大多数钻孔都有积水。同时施工工艺相对比较复杂、封孔质量难以得到保证和煤质 松软导致塌孔问题，严重影响了瓦斯抽采钻孔抽采效果，制约了矿井的安全高效生产。
祁东煤矿二水平七采区为突出灾害严重的区域，七采区71煤底板运输下山位于井田东翼七采区，，巷道位于71煤底板、82煤顶板，该区域受GF7-34（逆）∠50°H=5m 断层及F绕推-1（逆）∠50°H=3m 断层影响，该地点巷道将揭82煤并沿82煤施工，为解决这一问题，我们利用71煤底板运输下山揭82煤预抽钻孔作为试验对象，该处钻孔多为下行钻孔，且该区域地质构造较为复杂，下山巷道揭煤期间作业时，根据《防治煤与瓦斯突出细则》中的关于对石门揭煤的钻孔控制范围要求， 需要施工下向穿层瓦斯抽采
钻孔，由于下向钻孔的施工工艺相对比较复杂，钻孔施工结束后， 钻孔孔底会沉积一定量的打钻积水，加上煤层本身含有的水分， 两部分水由孔底进入抽采管中并沉积（例如我矿二水平71煤运输下山下部绕道，巷道管路处于低洼处，管路中积水无法通过放水器排出，极大的影响瓦斯抽采效果。而采用人工放水准确的时间段不容易掌握，放水期间瓦斯气体易泄漏到外部，对巷道进风瓦斯造成影响，不利于安全生产），加上煤质松软导致的塌孔问题， 均容易造成抽采管堵塞。在实施抽采时，煤层中的瓦斯无法顺利进入抽采管中，使得抽采到的瓦斯浓度大大降低，且沉积在护壁套管中的水难以被抽采出来，这无疑影响了瓦斯治理工作，严重制约了矿井整体生产进度，且存在安全风险。
二、关键技术及技术方案
针对施钻过程中出现的问题， 我矿组织技术力量做了大量的研究和现场应用，其中应用较多的是研制相关改进装置，对孔底的积水和煤渣进行清理， 对松软煤层的瓦斯抽采钻孔进行护孔，对孔底积水进行气水分源抽排，有效提高了瓦斯抽采效果。由于不同煤层所出现的问题不尽相同，且改进装置的研发与应用是结合矿井瓦斯治理实际情况研制的， 自行研制了一套适合祁东煤矿下向穿层钻孔高效封孔护孔装置，瓦斯抽采中气水联动抽出，分源排放的装置，该装置操作工序简单易行，在尽量减轻工人劳动强度的前提下保证了瓦斯抽采效果，能快速彻底清理抽采钻孔孔底沉积的煤渣和水，并能有效护孔，最终实现从抽采钻孔中抽采瓦斯，并解决揭煤期间的防突及瓦斯治理问题。
（一）抽采钻孔下向穿层钻孔封孔护孔装置结构
图1为本装置的结构示意图，该装置由护孔筛管、封孔管、通气管、挡板、管接头、阀门等部件构成。
图1 下向穿层钻孔封孔护孔装置结构图
（1）护孔筛管：该部件放入钻孔内，稍小于钻孔孔径，前端筛孔与孔内煤体紧密接触，筛管的筛孔为Φ18～22mm，均匀布置。煤中瓦斯通过筛孔，进入筛管内部并抽出，且起到护孔作用。
（2）封孔管：采用与筛管直径相同的管径与护孔筛管相连接， 并与抽采软管和井下瓦斯抽采系统相连接，及时将孔内瓦斯气体抽出。
（3）通气管：焊接在护孔筛管壁上并与其内部相通，在下向钻孔施工和封孔注浆完毕后，与压风管连接，通过向通气管内注入压风，可以通过风压检 测封孔管管口的出风情况，来检验钻孔是否通畅及 护孔筛管中沉积的水分是否被抽采出来。当水分被抽采之后，煤层中的瓦斯可以经护孔筛管上的筛孔进入到封孔管中，从而提高瓦斯的抽采浓度。
（4）挡板：焊接在护孔筛管上，与马丽散配套使用，为防止钻孔孔底漏浆， 采取二级施工钻孔工艺， m处，改用二级施工。阻隔钻孔封孔后的注浆浆液进入钻孔底部，保证封孔质量。
（5）管接头：分为通气管和排渣管 2 种相同规格的接头。
（6）阀门：连接通气管用于控制通气管内气体的流通或断开。
护孔筛管、封孔管是将相同孔径的不锈钢钢管或耐磨橡胶管两端加工螺纹，并配备相应的管接头，管长度可依据井下施工抽采钻孔深 度确定， 一般每根长度为3～4 m。依据下向孔的穿煤厚度加工护孔筛管，在护孔筛管的孔壁上开设直径为 18～22 mm 的小孔，每根护孔筛管上小孔的数量为 30～34 个，并沿着护孔筛管的表面均匀布置。护孔筛管上方焊接一个由六分镀锌管连接而成 的通气管。挡板尺寸略小于一级孔径，以能较顺利地放入孔内为准，采用硬质材料制作。抽采钻孔在下向抽采钻孔施工完毕后，根据钻孔深度，将预先加工好的装置按顺序依次连接，并依次放入抽采钻孔内，然后通过井下压风系统的压风管与通气管连接，打开压风管上的阀门，使压风的风压压力通过通气管进入筛管中，在压风压力的作用下，护孔筛管中沉积的水分就极 容易被抽采出来。钻孔中的水分被抽采之后，关闭压风管的阀门，再进行正常的煤层瓦斯抽采，煤层中的瓦斯可以经护孔筛管上的通孔进入封孔管中，从而提高瓦斯的抽采浓度。
（二）瓦斯抽采管路风动放水装置
井下瓦斯抽采管路系统和井下临时抽采管路系统的废水排放主要有人工放水和自动放水两种方式，人工放水由于管路长，放水点多，需要配备大量的人力，排水效果差；而我矿现有的自动放水装置不能满足井下使用需求，且应对井下如巷道低洼点、采空区等复杂地点效果差，对临时抽采管路放水并不适用。
我单位经研究与试验，设计出一种自动排放效果好且性能稳定可靠的的瓦斯抽采管路风动放水装置，这种风动放水装置无需人工时时操作，且结构简单、成
本低廉、安装方便，在揭煤钻孔施工的巷道位置，能安全有效排放出抽采管路中无法排出的积水，提高了瓦斯抽采效果。
1、瓦斯抽采管路风动放水装置的组成
瓦斯抽采管路风动放水装置由风泵、气水分离罐、短接、弯头、球阀、连接软管（埋吸管）等组成，其中气水分离罐由废旧油桶加工而成。
2、气水分离罐的加工方法
-，然后一头或二头车丝，在废旧油桶上方打2个孔焊接短接（一个进水和气，一个排气）外接球阀，，并使用弯头及开丝短接连接，作为排水口，排水口与罐体成U型（可避免气体流出）。
3、瓦斯抽采管路风动放水装置的工作原理和使用方法
（1）瓦斯抽采管路风动放水装置的工作原理
利用风泵将瓦斯抽采管路内的积水吸入到气水分离罐内部，罐内的废水经排水口排入到水沟内，部分瓦斯气体在抽采负压的作用下进入瓦斯抽采管路内。
（2）瓦斯抽采管路风动放水装置的使用方法
首先在积水段瓦斯抽采管路内加入一根软管（埋吸管），再使用软管将气水分离罐上方的进水、气口和排气口分别与风泵和瓦斯抽采管路连接，风泵吸水口与积水瓦斯抽采管路处三通接头连接。打开气水分离罐上方的排气口球阀，使气水分离罐内部产生吸气负压。开动风泵，风泵将瓦斯抽采管路中的积水及部分瓦斯气体吸入排到气水分离罐内，进入罐内的瓦斯气体在抽采负压的作用下吸入到瓦斯抽采管路中，废水通过气水分离罐下部的排水管排入到水沟内。
图2 瓦斯抽采管路风动放水装置结构示意图
图3 瓦斯抽采管路风动放水装置现场应用
三、现场实施及效果分析
在II三采区71煤底板回风下山及下部绕道钻场内施工穿层钻孔抽采瓦斯，施工平面图和剖面图（以Y5组为例）如下：
图4 施工平面图和剖面图
图5为钻孔的平均瓦斯抽采浓度和纯量的对比图，在没有使用该改进装置之前，由于抽采钻孔内沉积在煤渣中的积水无法有效排出，导致钻孔在抽采期间，抽采效果不理想，出现了孔内积水导致的抽采负压不稳定、瓦斯抽采流量小、抽采瓦斯浓度低等现象，这种情况不仅导致人力、物力的耗费以及抽采时间的延长，而且抽采效果不理想，最终将影响原定的揭煤时间。
图5  钻孔的平均瓦斯抽采浓度和纯量的对比图
采用改进装置进行抽采钻孔封孔注浆和压风排水（渣）后，孔内抽采负压基本上趋于稳定，在进行正常的检测过程中，瓦斯抽采流量和浓度与常规钻孔检测相比显著提升。
四、结论
通过对比 2 种抽采封孔工艺的钻孔瓦斯抽采效果，常规的抽采工艺钻孔单孔平均瓦斯抽采浓度和纯量分别为 %，%， 倍，并且能较长时间保持抽采浓度及流量的稳定， 由此可以看出本装置能有效解决大旗煤矿下向钻孔瓦斯抽采效果不佳的问题，有效提高钻孔的瓦斯抽采效果，增加了矿井揭煤期间的安全作业的
可靠性，为矿井安全生产提供了可靠的保障，大幅度提升了矿井灾害治理工程的进度，为生产布局接替奠实了基础。
瓦斯抽采管路风动放水装置设计合理且结构简单易于安装，全过程不需人工控制，可以很方便地与井下瓦斯抽放管路连通。特别是在井下巷道低洼处，有效解决了管路中积水的排放难题，同时避免了人工放水费时、费力且瓦斯气体容易外溢影响安全的情况，在井下瓦斯抽采中使用方便，起到了极好的效果。
 
-全文完-