高突地区打钻冲孔期间卸压槽防瓦斯超限技术研究及应用效果

高突地区打钻冲孔期间卸压槽防瓦斯超限技术研究及应用效果

王新坤

河南能源焦煤集团古汉山矿 河南省焦作市 454350

摘要：高突地区矿井开发活动日益频繁，这在一定程度上增加了矿井生产的安全管理难度，尤其是打钻冲孔期间，应改进钻进工艺，联用多种技术，避免出现瓦斯超限泄露现象。当前卸压槽防瓦斯超限技术广泛应用，这既能提高钻孔瓦斯抽采率，又能为煤巷快速掘进奠定良好基础。本文在案例介绍的基础上，客观分析高突地区打钻冲孔期间瓦斯超限原因，最后探究卸压槽防瓦斯超限技术应用要点。旨在为相关技术人员和打钻冲孔人员提供参考，保证矿井安全性。

关键词：高突地区；打钻冲孔；卸压槽技术；防瓦斯超限技术

引言：近年来，瓦斯超限事故频繁发生，尤其是打钻冲孔期间，会因高压水强有力冲刷、快速切割钻孔壁煤体而出现短时的瓦斯涌出现象，增加矿井生产风险，严重情况下会威胁人员的身体健康和生命安全。为减少打钻冲孔环节瓦斯超限现象，灵活运用卸压槽防瓦斯超限技术具有必要性和迫切性，基于此，本文针对该论题重点探究，以期为安全防范提供理论指导。
1.案例介绍

以1605工作面回采项目为例，项目所在区域的煤层较稳定、煤层厚变化较小，煤层结构简单，其上部为硬煤，底部有一层0.5m～0.8m软煤。1605工作面煤层原始瓦斯的参数如表1所示。

表 1 1605工作面煤层原始瓦斯参数

工作面上部至F62-2断层约95～135m的距离，工作面底抽巷穿层抽采钻孔瓦斯抽采影响半径设计值定为3.5m，临近钻孔间煤层在抽采影响半径范围内，意味着一旦打钻冲孔环节极易出现瓦斯超限事故，下文具体分析瓦斯超限原因及相应的防控措施^[1]。

2.高突地区打钻冲孔期间瓦斯超限的原因

基于上述案例，总结打钻冲孔过程中瓦斯超限的常见原因，通过原因汇总，为安全打钻冲孔操作提供新思路，实现高效作业。

第一，穿层钻孔进入软煤发育区，会不同程度影响瓦斯存在状态，以及内部压差，如果压力严重失衡，那么会出现瓦斯瞬间外涌现象，喷出的瓦斯遇到明火会发生爆炸。第二，塌孔故障一旦产生，会引起渣块掉落，当渣块瞬时堆积，则压力排放受阻，会在内部压力涌动下快速喷出瓦斯，造成瓦斯超限。第三，钻机操作环节速度控制节奏，也是瓦斯超限的诱因，总结经验可知，实际退钻速度大于规定的速度值，会导致瓦斯快速涌出。第四，水力冲孔过程中，一旦高压水体快速作用于煤体，会出现媒体分离现象，当水流对其大力影响，则会引发瓦斯超限。第五，抽采钻孔操作结束后，抽采活动非连续进行，会缓慢部分瓦斯卸压速度，再次起钻后，同步出现喷孔和瓦斯外泄。第六，防喷装置的连接不够紧密，会为瓦斯进入巷道风流提供机会，进而出现瓦斯超限。第七，当巷道配风量不能满足打钻冲孔期间瓦斯稀释需求时，会产生瓦斯超限^[2]。

3.高突地区打钻冲孔期间卸压槽防瓦斯超限技术分析

3.1掌握卸压槽技术要点

卸压槽技术利用工作面空间，于下部煤层进行钻孔施工，其中，钻孔排数最少为两排，为卸压做准备，打造成槽状卸压区域。在此期间，所钻孔洞承受多方面压力，如矿压、煤自重、瓦斯压力，当压力重叠，并扩散到卸压区域，使整个工作面区域煤体卸压。这种情况下，使用卸压槽防瓦斯超限技，主要借助卸压松动形成的裂隙预抽煤层瓦斯，避免打钻冲孔期间出现瓦斯涌现。

3.2抽采钻孔优化布置方案

使用卸压槽防瓦斯超限技术时，事先布置卸压掏槽钻孔，接下来布置瓦斯抽采钻孔，其中卸压掏槽钻孔控制范围：1605运输巷轮廓线外≥30m，超前≥20m。实际设计时，孔径Φ9.4cm，钻孔倾角误差、钻孔方位角误差范围-1°~1°，钻孔开孔位置误差范围-10cm~10cm，钻孔见煤深度与设计允许相差-5m~5m^[3]。

3.3调整钻孔施工顺序

工作面顺层预抽钻孔开孔分为两排，其中，上排孔数量8个，下排孔数量8个，上下排孔与顶板距离分别为0.5m和1.1m，钻孔间距为0.5m。具体施工步骤为：小直径钻孔→钻孔卸压→顺层钻孔→顺层预抽钻孔施工。施工中遵循由浅到深、先短后长的原则，使下一个钻孔位于成孔卸压范围内，发挥逐步卸压作用，减轻打钻喷孔力度。

3.4抽采的注意事项

抽采主管或支管应当平直，并且达到人工参数测定需要。对于抽采通管，应当平滑连接到抽采汇总管路阀门上，连接钻孔时要按次序进行，严禁出现交叉连接现象。此外，并吊挂整齐，保持美观。连接处要丝扣紧实，整齐有序，不得有打死弯儿、别劲儿等现象。带抽后发现丝口漏气的，要及时采取措施进行处理。

3.5联用增透工艺、封孔技术

增透工艺：借助水力冲孔模式卸压增透，一定程度上扩大卸压范围，增加抽排瓦斯量，并尽可能多的排除风险因素。实际施工中，客观分析煤层结构、煤质特征，为增透施工技术优势发挥做足准备，具体来说，1605工作面底抽巷内实施穿层钻孔水力冲孔增透技术措施。增透施工环节应注意相关事项，在保证矿井生产安全的前提下，防控瓦斯超限，为煤炭资源顺利开采做准备。施工流程总结为：卸压掏槽钻孔→穿层钻孔→视情况调整冲孔方式及冲孔时间→控制钻杆前进或后退距离→起钻。冲孔过程中，做好记录工作，如时间、冲孔方式等。从安全角度而言，间歇式冲孔模式较常用。

封孔技术：高突地区打钻冲孔活动结束后，借助“两堵一注”带压封孔工艺来封孔，在此期间，配备封孔器，并适当控制封孔深度、封孔注浆压力、稳压时间。封孔过程中启动全程下筛管模式，为保证筛管性能，以及使用寿命，其材质应达到国家抗静电、抗阻燃标准，并且直径约5cm，壁厚≥2.5mm。筛管之间用胶粘接牢固，避免出现断裂现象。封孔前用窗纱将首根筛管管头包裹好，并用胶带捆扎结实；封孔时筛管与封孔管连接处均匀涂抹胶水并连接牢固；封孔结束后，使用水泥进行固定孔口，孔口要抹平。

3.6设置防喷屏障

高应力、瓦斯压力两项因素影响下，瓦斯喷孔的可能性较大，且喷射距离远（最远为18m）、喷射动能大。对此要增加双重防喷屏障，选择适合的放喷设备，做好配套设施的安装，一般来说，钻车夹持器前面安装防喷罩，防喷罩组成部分包括金属框架、胶带，中间设圆孔，通过钻杆。其应用原理为：瓦斯喷孔时，防喷罩上胶带阻挡喷射的瓦斯及煤渣，为工作人员提供安全屏障。防喷屏障的钻机前方构筑风筒布屏障，并形成缓冲空间，避免瓦斯外泄，用于存储瓦斯，提高瓦斯资源利用率^[4]。

结论：综上所述，高突地区打钻冲孔期间瓦斯超限防控工作刻不容缓，为保证生产安全性，务必有效运用卸压槽防瓦斯超限技术，既要总结施工钻孔冲孔期间瓦斯收集器、防喷装置所收集的瓦斯量及规律，又要动态观察施工钻孔冲孔期间孔内及涌入巷道内的瓦斯变化情况。技术应用过程中，掌握卸压槽技术要点、制定抽采钻孔优化布置方案、调整钻孔施工顺序、联用增透工艺和封孔技术、设置防喷屏障，形成一整套防瓦斯超限综合技术措施体系，取得瓦斯超限防控的良好效果。

参考文献：

[1]张继周,李剑锋,许洪亮.深部高地应力突出煤层瓦斯喷孔防治技术[J].煤炭工程,2016,48(5):62-64.

[2]刘鹏飞.高压水力冲孔治理条带瓦斯掩护煤巷掘进技术研究[J].企业技术开发（下半月）,2014(11):47-48.

[3]李海燕,张建礼,张杰.三软煤层防喷孔装备技术研究[J].能源与环保,2017,39(8):140-143,150.

[4]林洪山.煤矿高瓦斯矿井煤层瓦斯抽采技术[J].技术与市场,2019,26(6):184.

作者简介：王新坤（1990年，4月）

性别：男

民族：汉

籍贯：河南温县

职务/职称：副科长/技术员

学历：大专

单位:河南能源焦煤集团古汉山矿

研究方向:一通三防

单位所在的省市:河南省焦作市修武县五里源乡李固村北

邮编:454350