穿层钻孔预抽瓦斯技术研究与应用

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瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究

㊀第４９卷第５期煤炭科学技术Ｖｏｌ４９㊀Ｎｏ５㊀㊀２０２１年５月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｍａｙ２０２１㊀移动扫码阅读王㊀亮，廖晓雪，褚㊀鹏，等．瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０１３１９９／ｊｃｎｋｉｃｓｔ２０２１０５０１０ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ，ＣＨＵＰｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ［Ｊ］ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０１３１９９／ｊｃｎｋｉｃｓｔ２０２１０５０１０瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究王㊀亮１，廖晓雪１，褚㊀鹏１，张晓磊２，刘清泉１（１．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州㊀２２１００８；２．常州大学环境与安全工程学院，江苏常州㊀２１３１００）摘㊀要：随着我国煤矿开采逐渐向深部开拓，煤层瓦斯压力增大㊁含量增加，煤层渗透率普遍较低，增加了瓦斯抽采的难度㊂钻孔钻扩造穴卸压增透技术能提高煤层渗透率，是增加瓦斯抽采效率的有效手段㊂为解决寺家庄煤矿１５号煤层渗透率低，瓦斯难抽采的问题，以寺家庄煤矿北翼辅助运输巷１５号煤层抽采钻孔造穴为工程背景，以弹性力学应变软化模型和扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础，建立了穿层钻孔钻扩造穴后煤层渗透率演化方程和穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂通过ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对方程进行解算，分析了钻孔造穴的增透机理和渗透率分布规律，得到了瓦斯抽采量㊁瓦斯压力分布以及渗透率等关键参数；结合模拟结论与现场条件，确定了钻孔钻扩造穴的最优造穴半径为０．６ｍ，最佳布孔间距为６．０７．０ｍ，为现场施工造穴半径和钻孔间距的确定提供了指导㊂最后，在寺家庄煤矿１５号煤层实施普钻钻孔与造穴钻孔，进行了瓦斯抽采效果对比㊂试验结果表明：实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量相对普钻钻孔分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；瓦斯抽采周期㊁钻孔施工工程量降低了约２倍，提高了瓦斯抽采技术经济效益，应用结果验证模拟结果可靠，抽采设计可行，可以指导现场施工㊂关键词：穿层钻孔；钻扩造穴增透；流固耦合；瓦斯抽采中图分类号：ＴＤ７１２㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０５－００７５－０８Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅＷＡＮＧＬｉａｎｇ１，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ１，ＣＨＵＰｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｌｅｉ２，ＬＩＵＱｉｎｇｑｕａｎ１（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ㊀２１３１００，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２１－０２－２８；责任编辑：曾康生基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（５１９７４３００）；中央高校基本科研业务资助项目（２０２０ＺＤＰＹ０２２４）；江苏省自然科学基金青年基金资助项目（ＢＫ２０１９０９３１）；中国博士后科学基金批面上资助项目（２０１９Ｍ６５２０２３）作者简介：王㊀亮（１９８２），男，江苏东海人，教授，博士生导师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｗ１９８２＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：张晓磊（１９８４），男，安徽淮北人，讲师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｉｎｏｚｘｌ＠１６３．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｇｒａｄｕａｌｌｙｅｘｔｅｎｄｓｔｏｔｈｅｄｅｅｐｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｌｏｗ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｂｙｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍａｎｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅａｕｘｉｌｉａｒｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｒｏａｄｗａｙｏｆｎｏｒｔｈ－ｗｉｎｇｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｏｆｔｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｓｅｅｐａｇｅｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｆｌｏｗｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｓｅａｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｇａｓｆｌｏｗｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ．ＵｓｉｎｇＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔ⁃ｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗａｆｔｅｒｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｍｏｕｎｔ，ｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｆｉｅｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃａｖｉｔｙｒａｄｉｕｓｗａｓ０．６ｍ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇｗａｓ６．０７．０ｍ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄａｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅｒａｄｉｉａｎｄｓｐａｃｉｎｇｉｎｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃ⁃ｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃ⁃５７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｒａｔｅ，ｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｔｙｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２．７，２．０ａｎｄ５．７ｔｉｍｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄａｂｏｕｔ２ｔｉｍｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｄｅｓｉｇｎｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｇｕｉｄｅｔｈｅｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ０㊀引㊀㊀言煤炭是我国的主导能源，２０１９年在我国能源的消费比例约占５７．７％㊂煤层瓦斯作为煤的伴生产物，是储量丰富的优质清洁能源，同时也是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一㊂煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故常造成重大的人员伤亡和经济损失，而瓦斯抽采是消除瓦斯事故㊁保障安全开采的主要方法，同时能够使瓦斯得到充分利用［１］㊂煤层渗透率是决定瓦斯抽采质量和产量的关键因素［２］，然而，由于我国煤层地质条件复杂，煤体渗透率普遍偏低，通常在１ˑ１０－６μｍ２以下，导致瓦斯抽采难度大，抽采效率低［３－４］㊂为提高煤层渗透率，促进瓦斯高效抽采，有学者提出水力压裂㊁水力割缝等技术措施，通过水的高压作用在周围煤体产生人工裂隙，促使煤体内部瓦斯渗流，达到增透的目的［５－７］㊂然而，水力割缝对软煤的持久性差，在地应力大的情况下裂缝容易闭合；水力压裂易导致煤体局部应力集中，影响增透效果，两者对松软构造煤的瓦斯抽采效果较差㊂钻孔钻扩造穴扩大钻孔是近年来广泛应用的增透技术，钻扩造穴是在钻刀切割煤体的过程中，同时打开高压水泵，利用高压水射流动力软化㊁破碎钻孔周围的煤体，再将破碎的煤体冲出钻孔，构建大尺寸孔洞，使周围煤体卸压㊂造穴过程中，钻孔周围煤体应力重新分布，当煤体强度不足以承受重新分布的应力时，煤体就会发生破坏［８－９］㊂研究表明，煤体破坏后，渗透率能增加几十至几千倍［１０－１１］㊂钻孔钻扩造穴技术集钻孔－冲孔为一体，克服了水力压裂㊁水力割缝和传统水力冲孔方法的不足，出煤量大，增透有效［１２］㊂根据瓦斯抽采钻孔形式，钻孔造穴有穿层钻孔和顺层钻孔２种形式，穿层钻孔是从岩石巷道向煤层打钻孔穿透煤层㊂因穿层钻孔在岩石中比顺层钻孔更加稳固，抽采服务时间更久㊂近年来，水力钻扩造穴技术，特别是实施穿层钻孔抽采瓦斯时的钻扩造穴，在国内煤矿得到了广泛应用㊂孙四清等［１３］对松软突出煤层进行穿层钻孔造穴瓦斯抽采后，瓦斯抽采量增加了６．６倍㊂杜昌华等［１４］对大倾角松软厚煤层实施穿层水力扩孔技术后，造穴钻孔瓦斯抽采量和单孔瓦斯体积分数分别增加了２．８和１．４倍，并且扩孔半径越大，煤中残余瓦斯含量越低㊂牟全斌等［１５］对芦岭煤矿Ⅲ１０１３工作面实施了机械造穴穿层钻孔后，单孔瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量相应提高了２．７３３．３９倍㊁２．６３５．１１倍㊂以上研究表明，实施穿层钻孔造穴卸压增透后，煤层瓦斯抽采效率显著提高㊂为了获得最有效的增透效果，降低施工成本，郝丛猛等［１６］根据不同煤层的特点，采用数值模拟软件对造穴半径㊁布孔间距等参数进行了合理设计，为现场工程提供了指导㊂于宝种［１８］建立了冲孔造穴过程中煤体的渗透率演化模型，模拟了不同造穴半径对煤层渗透率的影响，并在新景煤矿进行了工程验证，试验结果表明冲孔造穴能够减少钻孔工作量，提高瓦斯抽采效率㊂根据现场突出危险性鉴定，寺家庄煤矿１５号煤层为突出煤层㊂受强构造应力影响，该煤层渗透率低，煤质极松软㊂为了防止北翼辅助运输大巷掘进过程发生煤与瓦斯突出，必须预先抽采瓦斯，再掘进施工㊂由于普通钻孔瓦斯抽采应力扰动范围小，抽采效率低，抽采时间长，因此采用水力钻扩造穴技术提高煤层的瓦斯抽采效率㊂作者以弹性力学软化理论和双孔介质瓦斯流动理论为基础建立了造穴钻孔周围煤体渗透率演化模型和瓦斯运移模型，并利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对建立的模型进行解算，分析了造穴钻孔周围煤体的渗透率和应力分布规律，对比了不同钻孔半径和钻孔间距下的煤层瓦斯压力㊁瓦斯抽采量，并在寺家庄煤矿１５号煤层对模拟结果进行了现场验证㊂１㊀钻扩造穴卸压增透机理及瓦斯流动模型１．１㊀钻扩造穴卸压增透机理１．１．１㊀钻孔周围煤体应力分布煤体是一种弹塑性材料，当所受应力超过峰值应力后会表现出应变软化特性，采取水力造穴措施可使钻孔周围煤体应力重新分布㊂根据煤岩体力学特性应变软化模型，煤体受力破坏的应力变化过程可分为３个阶段（图１）：弹性阶段㊁软化阶段和残余阶段㊂钻扩造穴施工后，在钻孔周围的煤体相应形成弹性区㊁塑性区和破碎区［１９］㊂６７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期图１㊀煤岩体应变软化模型及钻孔周围煤体应力分布特征Ｆｉｇ．１㊀Ｃｏａｌａｎｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅ等效塑性剪切应变可以作为描述应变软化过程的软化参数［２０－２１］为γｐ＝２／［３（ε２１，ｐ＋ε２２，ｐ＋ε２３，ｐ）］（１）式中：γｐ为等效塑性剪切应变；ε１，ｐ㊁ε２，ｐ㊁ε３，ｐ为沿３个主应变方向的塑性主应变㊂应变软化过程是在内摩擦角不变的情况下失去黏聚力的过程，黏聚力随着等效塑性剪切应变的增加而呈线性减小，在塑性条件下，全应力应变曲线上的黏聚力可以表示的等效塑性剪切应变分段线性函数［２２］为ｃ＝ｃ０－（ｃ０－ｃｒ）γｐγ∗ｐ㊀（γｐ＜γ∗ｐ）ｃｒ㊀㊀㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïï（２）式中：ｃ为黏聚力；ｃ０为初始黏聚力；ｃｒ为残余黏聚力；γ∗ｐ为临界塑性剪切应变㊂数值模拟中，通常使用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（Ｍ－Ｃ）准则的六边形与Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ（Ｄ－Ｐ）失稳准则外接圆进行匹配作为岩石的破坏准则［２３］㊂Ｄ－Ｐ准则考虑了静水压对岩石破坏的影响，认为材料的破坏由偏应力第一不变量和第二不变量共同决定，其表达式为Ｉ２＋αＩ１＝κα＝ｔａｎφ９＋１２ｔａｎ２φκ＝３ｃ９＋１２ｔａｎ２φìîíïïïïïïï（３）式中：Ｉ１㊁Ｉ２为偏应力第一不变量㊁第二不变量，ＭＰａ；α和κ为材料常数；φ为煤的内摩擦角，（ʎ）㊂１１２㊀渗透率模型煤层渗透率是控制煤层瓦斯流动的关键参数，主要受地应力改变引起的煤体裂隙变化影响㊂水力冲孔使煤层应力重新分布，煤体发生变形和破坏，裂隙宽度增大，数量增多，进而煤层渗透率增加㊂煤体所处的应力状态不同，发生的变形不同，因此渗透率随地应力状态的变化遵循不同的函数关系㊂根据前人研究，在弹性阶段（γｐ＝０）㊁塑性软化阶段（０＜γｐ＜γ∗ｐ）㊁残余阶段（γｐȡγ∗ｐ），水力冲孔钻孔周围煤体渗透率与体积应力变化量的关系满足下式［２４－２６］，即ｋ＝ｋ０ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀㊀㊀㊀（γｐ＝０）ｋ０（１＋γｐγ∗ｐξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（０＜γｐ＜γ∗ｐ）ｋ０（１＋ξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïïïï（４）式中：ｋ为渗透率，ｍ２；ｋ０为初始渗透率，ｍ２；ｃｆ为裂隙压缩因子，ＭＰａ－１；σＶ为体积应力，ＭＰａ；ξ为渗透率跃变系数㊂１．２㊀瓦斯流动模型１．２．１㊀基质瓦斯扩散煤基质的瓦斯流动遵循质量守恒方程为∂ｍｍ∂ｔ＝－ＱＳ（５）ｍｍ＝ＶＬｐｍｐｍ＋ｐＬＭｇＶＭρＣ＋φｍＭｇｐｍＲＴＱＳ＝ＭｇτＲＴ（ｐｍ－ｐｆ）ìîíïïïïï（６）式中：ｍｍ为单位体积煤基质中的瓦斯质量，ｋｇ／ｍ３；ＱＳ为单位体积煤基质同裂隙系统的质量交换率，ｋｇ／（ｍ３㊃ｓ）；ＶＬ为朗格缪尔体积，ｍ３／ｋｇ；ｐｍ为孔隙瓦斯压力，ＭＰａ；ｐＬ为朗格缪尔压力，ＭＰａ；Ｍｇ为甲烷的摩尔质量，ｋｇ／ｍｏｌ；ρＣ为煤体视密度，ｋｇ／ｍ３；ＶＭ为气体摩尔体积，０．０２２４ｍ３／ｍｏｌ；φｍ为煤基质孔隙率，％；Ｒ为理想气体常数，Ｊ／（ｍｏｌ㊃Ｋ）；Ｔ为煤层温度，Ｋ；τ为吸附时间，等于煤体中６３．２％的瓦斯解吸出来的时间，ｄ；ｐｆ为裂隙瓦斯压力，ＭＰａ㊂将式（６）代入质量守恒式（５），得基质瓦斯流动方程，即∂ｐｍ∂ｔ＝－ＶＭ（ｐｍ－ｐｆ）（ｐＬ＋ｐｍ）２τＲＴＶＬｐＬρＣ＋τφｍＶＭ（ｐＬ＋ｐｍ）２（７）１２２㊀裂隙瓦斯渗流裂隙中瓦斯流动满足质量守恒方程为∂ｍｆ∂ｔ＝－Ñρｆ㊃ｖｆ()＋ＱＳ（８）ｍｆ＝φｆＭｇｐｆＲＴｖｆ＝－ｋμÑｐｆìîíïïïï（９）７７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷式中：ｍｆ为单位体积煤体裂隙瓦斯质量，ｋｇ；φｆ为煤体裂隙率，％；ρｆ为裂隙瓦斯密度，ｋｇ／ｍ３；ｖｆ为煤体裂隙瓦斯流动速度，ｍ／ｓ；ｋ为渗透率，ｍ２；μ为甲烷动力黏度，Ｐａ㊃ｓ㊂将方程（９）代入质量守恒式（８），得裂隙瓦斯流动的方程为φｆ∂ｐｆ∂ｔ＝Ñ（ｋμｐｆÑｐｆ）＋１τ（ｐｍ－ｐｆ）（１０）２㊀模拟与结果以上建立了可用于数值模拟的钻扩造穴后煤层渗透率演化和瓦斯流动方程㊂笔者采用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ数值模拟软件对以上方程进行了计算求解，数值模拟中选用了ＣＯＭＳＯＬ软件中的３个模块：钻孔开挖选择固体力学模块，基质瓦斯扩散选择ＰＤＥ模块，裂隙瓦斯渗流选择达西定律模块㊂２．１㊀模型描述和输入参数根据山西阳煤寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道现场穿层水力冲孔情况，本次模拟的几何模型及边界条件如图２所示㊂为消除边界的影响，建立了４０ｍˑ４０ｍ的矩形区域，远大于钻孔的增透区㊂二维模型是真实三维煤层的简化，２Ｄ模型不会影响计算的精度，并且利于显示应力和瓦斯压力分布［２７－２８］㊂对于固体变形模型，模型的左边和上边为恒定应力条件，代表煤层的水平地应力，右边和下边为滚轴边界㊂对于瓦斯抽采模型，钻孔内为恒定压力边界，四周为无流动边界条件㊂图２㊀几何模型和边界条件Ｆｉｇ．２㊀Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ㊀㊀所有参数均通过实验室试验获得或现场测量得到㊂模拟中所用参数如下：煤层泊松比ｖｃ０．３煤层弹性模量Ｅ／ＭＰａ１０００初始水平应力σｈ／ＭＰａ１０原始瓦斯压力ｐ０／ＭＰａ２．０煤层初始黏聚力ｃ０／ＭＰａ０．６煤层残余黏聚力ｃｒ／ＭＰａ０．５煤体视密度ρｃ／（ｇ㊃ｃｍ－３）１．３煤层内摩擦角φ／（ʎ）３０煤层软化参数的临界值γ∗ｐ／１０－２０．０１原始渗透率ｋ０／ｍ２５ˑ１０－１８渗透率突变系数ξ２５裂隙压缩因子ｃｆ／ＭＰａ０．１０煤体裂隙率φｆ０．０１２基质孔隙率φｍ０．０６５ＣＨ４朗格缪尔体积ＶＬ／（ｍ３㊃ｔ－１）４８．１６ＣＨ４朗格缪尔压力ｐＬ／ＭＰａ１．３５ＣＨ４摩尔质量Ｍｇ／（ｇ㊃ｍｏｌ－１）１６气体摩尔体积ＶＭ／（Ｌ㊃ｍｏｌ－１）２２．４ＣＨ４动力黏度μ／（Ｐａ㊃ｓ）１．０８ˑ１０－５气体常数Ｒ／（Ｊ㊃ｍｏｌ－１㊃Ｋ－１）８．３１４吸附时间τ／ｄ０．５２煤层温度Ｔ／Ｋ２９３２．２㊀造穴半径对增透效果的影响以造穴半径０．６ｍ为例，分析钻孔周围煤体的应力㊁等效塑性应变分布㊂钻孔施工后，钻孔周围煤的径向应力㊁切向应力㊁体积应力和等效塑性剪切应变γｐ如图３所示㊂根据平面应变假设，σ２为常数，体积应力为σ１和σ３之和㊂由图３可知，钻孔周围的γｐ≫０，体积应力很小㊂随着距钻孔的距离增加，等效塑性应变急剧下降，体积应力增加㊂γｐ＞０时，煤体处于应变软化阶段；γｐ＝０．０１％时，煤体处于残余阶段，发生塑性破坏㊂因此，钻孔周围塑性破坏区为０．９６ｍ，软化区的范围为０．２９ｍ，增透区的厚度为１．２５ｍ，即等效增透半径为１．８５ｍ㊂当距钻孔中心图３㊀造穴钻孔周围应力和等效塑性应变分布Ｆｉｇ．３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎａｒｏｕｎｄａｂｏｒｅｈｏｌｅ８７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期距离超过１．８５ｍ时，γｐ＝０，体积应力为原始值，煤体处于弹性阶段㊂为研究造穴半径对煤体渗透率分布的影响，确定合理的造穴半径，分别对造穴半径为０．４㊁０．５㊁０．６㊁０．７和０．８ｍ情况下钻孔周围煤体的渗透率演化特征和瓦斯压力进行了对比分析㊂如图４ａ所示，实施水力造穴后，钻孔周围煤体渗透率得到提高，且距钻孔越近，煤层渗透率越大，不同造穴半径下煤层渗透率的最大值均为原始渗透率的１２５０倍㊂随着距离远离钻孔，煤体渗透率与原始煤层渗透率比（ｋ／ｋ０）逐渐减小，最终趋近于１，即煤体渗透率等于原始煤层渗透率㊂随着造穴半径的增大，煤层增透范围增大，表明造穴半径越大，钻孔增透半径越大㊂如图４ｂ所示，钻孔增透半径随造穴孔半径呈线性增加，增透半径约为造穴半径的３．０９倍，说明瓦斯抽采影响半径随着造穴半径的增加而增大㊂同时，图４ｃ显示了不同造穴半径抽采１０ｄ后的煤层瓦斯压力，随着造穴半径增加，煤体瓦斯压力减小，且随着距离钻孔中心距离的增加瓦斯压力逐渐增大，最终趋近于恒定值（煤层原始瓦斯压力２ＭＰａ），表明通过水力钻扩造穴技术增加钻孔的半径可以对钻孔周围较大范围内的煤体进行卸压增透㊂图４㊀不同造穴半径钻孔周围渗透率㊁增透半径及瓦斯压力分布Ｆｉｇ．４㊀Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｍｅｎｔｚｏｎｅａｎｄｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｖｉｔａｔｉｏｎｒａｄｉｉ㊀㊀由图４可知，造穴半径越大，增透范围越大，越利于瓦斯抽采，但这并不表明现场工程实施时造穴半径越大越好，一方面造穴半径过大会造成单个钻孔的成本增加，另一方面造穴半径受技术和钻机的条件限制㊂由于现场施工过程中，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６ｍ，因此，结合现场条件，施工造穴半径采用０．６ｍ㊂２．３㊀钻孔间距对瓦斯抽采的影响井下煤层瓦斯抽采极其复杂，１个区域内有大量的抽采钻孔，因此钻孔间距是影响瓦斯抽采的１个重要因素㊂对于同１个抽采区域，钻孔间距越小，钻孔数量越多，同时抽采效率越高㊂但是钻孔数量的增加意味着成本的增加，因此，确定合理的钻孔间距是非常重要的㊂当钻孔半径为０．６０ｍ时，单个钻孔的增透半径为１．８５ｍ㊂为了使煤层的增透效果最优化，钻孔间距应为３．７０ｍ㊂然而，由于多孔抽采孔间互扰的影响，钻孔间距过小会降低每个钻孔的抽采效率㊂因此，为确定合理的钻孔间距，模拟了钻孔间距为３１０ｍ共８种工况下的瓦斯抽采情况㊂不同钻孔间距下抽采１０ｄ后煤层瓦斯压力云图如图５ａ所示，煤层中间监测线瓦斯压力分布如图５ｂ所示㊂根据图５可以看出，钻孔间距为３ｍ时，４个钻孔间煤层瓦斯压力最低，随着钻孔间距的增大，瓦斯图５㊀不同钻孔间距的煤层瓦斯压力分布Ｆｉｇ．５㊀Ｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ压力逐渐增加㊂以消除煤层突出危险性的瓦斯压力界限０．７４ＭＰａ为界，钻孔间距小于７ｍ均符合要求㊂不同钻孔间距下１０ｄ内的抽采瓦斯累积量（图６）㊂相同时间内，瓦斯抽采总量随着钻孔间距的增９７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷加而增加，但增加量逐渐减小㊂钻孔间距为３㊁４㊁５和６ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为２８９５．２８㊁３５３４．４７㊁４０９１．７５和４５０３．４４ｍ３，相比于前一种工况分别增加２２．０７％㊁１５．７７％和１０．０６％㊂钻孔间距为７㊁８㊁９和１０ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为４７８２．１３㊁４９４８．１５㊁５０３９．９８和５０７９．９８ｍ３，相比于前一种工况分别增加６．１９％㊁３．４７％㊁１．８６％和０．７９％㊂因此，为减少钻孔之间互相干扰的影响，若以增长率１０％为标准，合理的钻孔间距为６ｍ；若以增长率５％为标准，合理的钻孔间距为７ｍ㊂图６㊀不同钻孔间距的瓦斯抽采量Ｆｉｇ．６㊀Ｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｖｏｌｕｍｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ３　现场应用试验考察地点位于阳泉矿区寺家庄煤矿１５号煤层北翼辅助运输大巷㊂在巷道的掘进过程中，由于煤层的起伏，需要进行石门揭煤㊂揭煤区域全长２２０ｍ，平均煤厚５．４７ｍ，煤层原始瓦斯含量为８．２１１０．３８ｍ３／ｔ，煤层具有突出危险性㊂在大巷掘进前，沿着巷道方向分别布置普钻区和造穴区，以穿层钻孔的方式进行瓦斯抽采㊂普通钻孔区域长度为６５ｍ，钻孔间排距为５ｍ，布置１１４共１４排瓦斯抽采钻孔，每排含９个瓦斯抽采钻孔，巷道两侧钻孔布置范围分别为２０和１５ｍ㊂在普钻区之后，布置造穴钻孔区，钻孔区域长度为５０ｍ，巷道两侧钻孔布置范围不变㊂造穴区布置１５２５共１１排钻孔，钻孔排间距为５ｍ㊂在奇数排（１５㊁１７㊁１９㊁２１㊁２３㊁２５排）施工１㊁３㊁５㊁７㊁９号钻孔并进行水力钻扩造穴，在偶数排（１６㊁１８㊁２０㊁２２㊁２４排）施工２㊁４㊁６㊁８号钻孔并进行水力钻扩造穴㊂图７为普钻钻孔与造穴钻孔布置平面图和剖面图㊂造穴钻孔施工过程中，钻杆通过穿层钻孔的方式深入到巷道周围煤体内，同时打开高压水射流泵，高压水射流从钻冲两用钻头上的造穴喷嘴喷出，形成造穴孔洞，并在钻穴孔段中往复钻进－回退钻杆，通过水流的作用将破碎煤冲出孔洞㊂当孔洞出煤停止，冲出的水流变清时，停止造穴，从而实现煤体的高效卸压增透㊂巷道造穴区施工过程中造穴水压为１６２０ＭＰａ，平均水压约１８ＭＰａ；单穴造穴时间和出煤量分别为７０２９０ｍｉｎ㊁５１９ｔ；根据出煤量㊁煤层厚度和煤的密度计算出实际单穴造穴半径平均值为０．６５ｍ㊂然而，第２．２节确定的最优单穴造穴半径为０．６０ｍ，这是由于现场施工过程中采用机械和水力联合造穴，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６０ｍ，而高压水射流增大了造穴半径，因此实际造穴半径均大于设计的０．６０ｍ㊂图７㊀普钻钻孔与造穴钻孔布置平剖面示意Ｆｉｇ．７㊀Ｌａｙｏｕｔｏｆｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｓ０８王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期在寺家庄矿１５号煤层不同区域的瓦斯抽采过程中，对普钻区和造穴区的瓦斯抽采数据进行了计量，普钻区瓦斯抽采时间约６个月，造穴区瓦斯抽采时间约２个月㊂图８记录了瓦斯抽采措施实施６０ｄ以来，普钻区和造穴区的瓦斯抽采纯量和抽采浓度的情况㊂图８ａ表明，抽采过程中，普钻区瓦斯抽采纯量为０．１００．２５ｍ３／ｍｉｎ，而造穴区瓦斯抽采纯量为０．７５１．２６ｍ３／ｍｉｎ，明显高于普钻区，且修正后造穴区的平均瓦斯抽采纯量约为普钻区的５．７倍㊂图８ｂ表明，普钻区瓦斯抽采体积分数为１１％３８％，平均瓦斯抽采体积分数约２５％；而造穴区瓦斯抽采体积分数为２６％５８％，平均瓦斯抽采体积分数可达５０％，相对普钻区提高了２倍左右㊂图８㊀普钻区和造穴区瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度对比Ｆｉｇ．８㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｕｒｉｔｙａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｇａｓｄｒａｉｎｇａｇｅｉｎｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｈｏｌｅｓ北翼辅运底抽巷普通穿层钻孔和水力钻扩造穴钻孔瓦斯抽采技术的经济效益情况如图９所示㊂对普钻区进行６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；而对造穴区进行２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍；瓦斯抽采率由原来的２０．９％提高到目前的５６．４％，提高了约２．７倍；瓦斯抽采纯量由原来的０．１５ｍ３／ｍｉｎ提高到目前的０．８５ｍ３／ｍｉｎ，提高了约５．７倍㊂采用新技术之后，瓦斯抽采周期由原来的１８０ｄ降低为目前的６０ｄ（含钻孔施工过程中的瓦斯抽采）；钻孔施工工程量由原来的３．１ｋｍ（煤中进尺１５３９ｍ）降低为目前的约１．０６ｋｍ（煤层中进尺４７７ｍ）；５０ｍ长度区域的钻孔数量由原来的９９个减少为目前的５０个㊂以上结果均表明，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采经济效益显著提高㊂图９㊀瓦斯抽采技术经济效益对比分析Ｆｉｇ．９㊀Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ４㊀结㊀㊀论１）以弹性力学应变软化模型为基础建立了钻孔钻扩造穴后煤层的渗透率演化方程，分析了钻孔造穴的增透机理，并以扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础建立了穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂２）利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件求解了寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道对１５号煤层进行钻扩造穴情况，分析了造穴钻孔周围煤层渗透率分布和瓦斯抽采情况，并得出了合理的造穴半径０．６ｍ，钻孔间距６．０７．０ｍ㊂３）经现场工程试验１５号煤层的瓦斯抽采过程，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；普钻区经６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；造穴区经２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍，施工工程量和瓦斯抽采周期降低了约２倍㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＡＧＵＡＤＯＭＢＤ，ＮＩＣＩＥＺＡＣＧ．Ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｓｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ，Ｒｉｏｓａ－ＯｌｌｏｎｉｅｇｏＣｏａｌｆｉｅｌｄ，Ｓｐａｉｎ［Ｊ］．Ｉｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２００７，６９（４）：２５３－２６６．［２］㊀ＰＡＮＺＪ，ＣＯＮＮＥＬＬＬＤ．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃｏａｌｒｅｓｅｒ⁃ｖｏｉｒｓ：ａｒｅｖｉｅｗｏｆａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１２，９２：１－４４．［３］㊀ＮＩＧｕａｎｈｕａ，ＤＯＮＧＫａｉ，ＬＩＳｈａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒ⁃ｉｓｔｉｃｓｅｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｃｏａｌ［Ｊ］．Ｆｕ⁃ｅｌ，２０１９，２３６（３）：１９０－２００．［４］㊀ＬＵＹｉｙｕ，ＬＩＵＹｏｎｇ，ＬＩＸｉａｏｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｌｏｎｇ１８２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｂｏｒｅｈｏｌｅｓｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｉｔｓｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１０，８４（２）：９４－１０２．［５］㊀王永革，令狐建设．地面井水力压裂增透技术在立井快速揭煤中的应用［Ｊ］．矿业安全与环保，２０２０，４７（５）：７７－８０．ＷＡＮＧＹｏｎｇｇｅ，ＬＩＮＧＨＵＪｉａｎｓｈｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｇｒｏｕｎｄｗｅｌｌｉｎｑｕｉｃｋｃｏａｌ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４７（５）：７７－８０．［６］㊀曹建军．超高压水力割缝卸压抽采区域防突技术应用研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（６）：８８－９４．ＣＡＯＪｉａｎｊｕｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｇｉｏｎａｌｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｌｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｒｅｌｉｅｆｄｒａｉｎａｇｅａｒｅａ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（６）：８８－９４．［７］㊀邓㊀强．水力压裂消突技术在低透气性煤层瓦斯治理的应用［Ｊ］．煤矿安全，２０２１，５２（１）：９８－１０２．ＤＥＮＧＱｉａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎｔｉ－ｏｕｔｂｕｒｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０２１，５２（１）：９８－１０２．［８］㊀刘明举，崔㊀凯，刘彦伟，等．深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４５－４８．ＬＩＵＭｉｎｇｊｕ，ＣＵＩＫａｉ，ＬＩＵＹａｎｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅ⁃ｖｅｎｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｄｅｅｐａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４５－４８．［９］㊀王㊀峰，陶云奇，刘㊀东．水力冲孔卸压范围及瓦斯抽采规律研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（１０）：９６－１００．ＷＡＮＧＦｅｎｇ，ＴＡＯＹｕｎｑｉ，ＬＩＵＤｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｅａｓｅｄｓｃｏｐｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇａｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｌａｗ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，４５（１０）：９６－１００．［１０］㊀ＹＩＮＧｕａｎｇｚｈｉ，ＪＩＡＮＧＣｈａｎｇｂａｏ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇｕｏ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｂｉｎｅｄＥｆｆｅｃｔｏｆＳｔｒｅｓｓ，Ｐｏｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｍｅｔｈａｎｅｐｅｒｍｅ⁃ａｂｉｌｉｔｙｉｎａｎｔｈｒａｃｉｔｅｃｏａｌ：ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｐｏｒｔｉｎＰｏｒｏｕｓＭｅｄｉａ，２０１３，１００（１）：１－１６．［１１］㊀ＷＡＮＧＳｈｕｇａｎｇ，ＥＬＳＷＯＲＴＨＤ，ＬＩＵＪｉｓｈａｎ．Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｔａｃｔｃｏａｌａｎｄｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｉｎ⁃ｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｓｅａｍｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１３，５８：３４－４５．［１２］㊀刘㊀东，刘㊀文．水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．ＬＩＵＤｏｎｇ，ＬＩＵＷｅｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｈｙ⁃ｄｒａｕｌｉｃｓｔａｍｐｉｎｇａｎｄｈｙｄｒｏｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆａｎｄｐｅｒｍｅａ⁃ｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．［１３］㊀孙四清，张㊀俭，安鸿涛．松软突出煤层穿层洞穴完井钻孔瓦斯抽采实践［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．ＳＵＮＳｉｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎ，ＡＮＨｏｎｇｔａｏ．Ｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｗｉｔｈｃａｖｉｔｙｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｓｏｆｔａｎｄｏｕｔｂｕｒｓｔｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．［１４］㊀杜昌华，冯仁俊．低透松软破碎厚煤层水力扩孔增透技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．ＤＵＣｈａｎｇｈｕａ，ＦＥＮＧＲｅｎｊｕｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｒｅａｍｉｎｇｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｆｔｆｒｉａｂｌｅｔｈｉｃｋｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．［１５］㊀牟全斌，赵继展．基于机械造穴的钻孔瓦斯强化抽采技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．ＭＯＵＱｕａｎｂｉｎ，ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｅｎｈａｎｃｅｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｇａｓｂａｓｅｄｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｒｅａｍｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．［１６］㊀郝从猛，刘洪永，程远平．穿层水力造穴钻孔瓦斯抽采效果数值模拟研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１７，４８（５）：１－４．ＨＡＯＣｏｎｇｍｅｎｇ，ＬＩＵＨｏｎｇｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｅｆｆｅｃｔｂｙｔｈｒｏｕｇｈ－ｂｅｄｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｈｏｌｅ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１７，４８（５）：１－４．［１７］㊀赵继展．井下瓦斯抽采钻孔机械造穴技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃａｖｉｔｙ－ｆｏｒｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎ⁃ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．［１８］㊀于宝种．松软低透煤层高压射流造穴强化抽采技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．ＹＵＢａｏｚｈｏｎｇ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｊｅｔｉｎｓｏｆｔａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．［１９］㊀张㊀浩．构造煤层掘进工作面区域性顺层水力造穴强化瓦斯抽采机理与工程应用［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０２０．［２０］㊀ＡＬＯＮＳＯＥ，ＡＬＥＪＡＮＯＬＲ，ＶＡＲＡＳＦ，ｅｔａｌ．Ｇｒｏｕｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｆｏｒｒｏｃｋｍａｓｓｅｓｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｕｒ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｆｏｒＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄＡｎａｌｙｔｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎＧｅ⁃ｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００３，２７（１３）：１１５３－１１８５．［２１］㊀ＨＡＪＩＡＢＤＯＬＭＡＪＩＤＶ，ＫＡＩＳＥＲＰ．Ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓｏｆｒｏｃｋａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｈａｒｄｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＴｒｅｎｃｈｌｅｓｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ，２００３，１８（１）：３５－４８．［２２］㊀ＬＥＥＹＫ，ＰＩＥＴＲＵＳＺＣＺＡＫＳ．Ａｎｅｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｉｒｃｕｌａｒｏｐｅｎｉｎｇｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎａｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２３（５）：５８８－５９９．［２３］㊀ＬＡＢＵＺＪＦ，ＺＡＮＧＡ．Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂｆａｉｌｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４５（６）：９７５－９７９．［２４］㊀ＳＯＭＥＲＴＯＮＷＨ，ＳＯＹＬＥＭＥＺＯＧＬＵＩＭ，ＤＵＤＬＥＹＲＣ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｏｎｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ＆ＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＡｂｓｔｒａｃｔｓ，１９７５，１２：１２９－１４５．［２５］㊀ＷＡＮＧＪＡ，ＰＡＲＫＨＤ．Ｆｌｕｉｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｒｏｃｋｓｉｎａｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，２００２，６３（３／４）：２９１－３００．［２６］㊀ＡＮＦｅｎｇｈｕａ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｏｕｔｂｕｒｓｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｄｓｏｒｂｅｄｇａｓｏｎｃｏａｌｄｅ⁃ｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆Ｇｅｏｔｅｃｈ⁃ｎｉｃｓ，２０１３，５４（１０）：２２２－２３１．［２７］㊀ＰＥＲＥＲＡＭＳＡ，ＲＡＮＪＩＴＨＰＧ，ＣＨＯＩＳＫ，ｅｔａｌ．Ａｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｙｏｆｃｏａｌｍａｓｓａｎｄｃａｐｒｏｃｋｂｅｈａｖｉｏｕｒａｎｄｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｆｌｏｗｄｕｒｉｎｇａｎｄａｆｔｅｒｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１３，１０６（２）：１２９－１３８．［２８］㊀ＹＥＺｈｉｈｕｉ，ＣＨＥＮＤｏｎｇ，ＷＡＮＧＪＧ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｎ－Ｄａｒｃｙｅｆｆｅｃｔｉｎｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１４，１２１（２）：１－１０．２８。

单一煤层底板巷穿层钻孔预抽煤巷瓦斯条带区域防突技术

单一煤层底板巷穿层钻孔预抽煤巷瓦斯条带区域防突技术张明杰，滑俊杰，华敬涛（河南理工大学安全学院，河南焦作454000）摘要：为了降低单一突出煤层煤巷掘进突出危险性，研究了运用煤层底板抽放巷穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯为主的区域消突措施，使煤层卸压，瓦斯含量与压力降低，改变煤体应力分布，消除突出危险性。

在区域措施效果检验超标的局部地点辅助采用水力冲孔增透措施增加煤层透气性，提高穿层钻孔瓦斯抽放率，实现突出煤层向非突出煤层转化，保证煤巷安全掘进。

关键词：底板岩巷；预抽条带；水力冲孔中图分类号：TD713+．3文献标志码：B文章编号：1003－496X（2011）06－0030－03在煤矿开采过程中，随着开采深度增加和开采强度增大，煤层瓦斯含量和地应力增大，突出危险程度更为严重；伴随有灾害强度大，防治困难和灾害损失严重等特点。

原有的排放钻孔、卸压钻孔、浅孔松动爆破、边掘边抽等接触式局部瓦斯治理措施〔1－2〕，已不能有效地解决措施施工和掘进相集中的问题，致使采掘失调。

根据多年的实践和现场应用证明，区域瓦斯治理能够更有效地进行消突和防突，由区域治理代替局部瓦斯治理，由接触式向非接触式、由局部预测预报向区域性安全评价转换，是解决一切问题的关键〔3〕。

鹤煤六矿在煤与瓦斯突出危险区域施工底板预抽巷，在巷道内施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯。

在区域措施效果检验基本有效后，在效果检验超标的局部高瓦斯点采用水力冲孔增透技术，增加煤层透气性，提高抽放效果，使突出煤层突出危险性大大减低，有效解决采掘接替紧张和回采产量不足问题。

1区域概况鹤煤六矿2145工作面地面标高为+158．15+187．29m，工作面标高－300 －380m，掘进工作面起伏较为平缓。

该工作面走向长度890m，倾向长度129m，煤厚4．77 11．5m，平均8．39m。

煤层倾角－21ʎ －28ʎ，平均25．3ʎ。

工作面范围内地质构造简单，掘进范围内穿过74－7背斜翼部，轴部距切眼上口150m，受该构造影响，煤层产状变化大，倾角不稳定，局部顶板凸凹不平。

碾沟煤业综采工作面瓦斯抽采技术研究与应用

碾沟煤业综采工作面瓦斯抽采技术研究与应用张克斌（山西阳煤集团碾沟煤业有限公司，山西清徐030400）摘要：为解决碾沟煤业4101首采工作面瓦斯涌出量较大的问题，通过理论分析确定瓦斯主要来源，采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、高位钻孔抽采卸压瓦斯的综合治理措施，确定顺层钻孔间距为&0m 及抽采时间为90d,高位钻孔垂直高度为19m,布置间距为20m,成功地将4101工作面各处的瓦斯浓度控制在安全范围内。

关键词：高瓦斯；顺层钻孔；穿层钻孔；瓦斯预抽中图分类号:TD712文献标志码:A文章编号：1009-0797(2021)02-0144-03Research and Application of Gas Drainage Technology in Fully Mechanized Coal Face inNiangou Coal IndustryZHANG Kebin(Shanxi Ya7g Coal Group Nia7gou Coal Industry C o.,Ltd.,030400,Chi7a)Absrtact：In order to solve the problem of large gas emission in the4101first mining face of Niangou Coal Industry,the main source of gas was determined through theoretical prehensive treatment of pre-draining the gas in this coal seam with high-level drilling and unloading and pres s ure-relieving gas was adopted through the theoretical analysis.Measures to determine the spacing of boring holes in the bedding layer to be8.0m and the extraction time to be90days,the vertical height of the high-level boreholes to be19m,and the layout spacing to be20m.The monitoring results during field application showed that the gas concentration in the4101working face was successfully controlled Within s^e range.It has important reference significance for gas management similar to high gas working face.Key words：High gas;Downhole drilling;Through-hole drilling;Gas pre-draining;1工程概况山西阳煤集团碾沟煤业有限公司隶属于山西阳煤集团，由清徐碾沟煤矿有限公司、洛池渠煤矿、西沟煤矿、平口煤矿以及部分空白区整合而成,矿井整合后生产能力为1.2Mt/a,为了减少矿井初期投资和缩短基建工期，将原设计两水平各布置一个回采工作面，不留预抽面（“一井两面”，即一采区+845m主水平的9#煤层布置9101工作面和在+905m辅助水平的4#煤层布置4101工作面）变更为+905m辅助水平布置一个回采工作面（即在4#煤层布置4101回采工作面）,+850m水平（主水平标高根据煤由+845m整为+850m）留部分水4#煤层距上部12#煤层11.0-23.0m,本煤层厚度为0.69~2.97m,均厚1.63m,煤层相对瓦为20.32m3/t,碾沟煤业开采4#煤层期矿井瓦高为51.31m3/min，为高瓦矿井。

穿层钻孔预抽煤层瓦斯水力增透关键技术研究

炭，成卸压排放瓦斯区域；力压裂，过钻形水通
２试验区域划分
根据１０１底抽巷及上覆１０１副巷煤层１３１３下
孔向煤层压入水，使煤体裂隙畅通，以增大煤体透
气性，加瓦斯排放量。增
瓦斯赋存特点，１０１将１３底抽巷划分为非增透区、水力冲孔增透区、水力冲孔＋水力压裂增透区３个试验考察区。对比考察实施水力增透措施对瓦斯抽采的影响规律。
性地进行水力冲孔与水力冲孔＋水力压裂两种措施对比试验研究，分析两种措施增透预抽煤层瓦
斯效果。
用中，由于我国高瓦斯突出煤层透气性低，原始煤
层预抽瓦斯抽采半径小，需采用密集钻孔强化抽采才能达到防治煤与瓦斯突出规定的要求 …。煤层的透气性是影响钻孔抽采瓦斯效果的主要因素
煤体透气性进行了大量的研究，如深孔预裂控制
爆破，爆破孔周围形成压缩粉碎圈和连通裂］在
隙网；水力割缝＿，３利用高压水射流在煤层中切割］水平裂缝，使原始煤层产生不均匀变形和破坏；水力冲孔＿，过高压水射流在煤体中冲出较大直４通］径的孔洞过程中排出大量瓦斯和一定数量的煤
６７×１ｍＥａ．，层瓦斯含量９４ｍ３。１０１．０／２煤ＭＰｄ．／１３ｔ下副巷底抽巷全长２５Ｉ，与１０１副巷平距６ｎ１３下２，道底板标高一７７Ｉ，道距二煤层底０Ｉ巷ｎ８．Ｔ巷Ｉ

穿层钻孔抽采消突技术研究与应用

（一２８０ —．３５５ｍ标高）Ｆ１断层Ｅ盘南部区。南北走向长约１６００ｍ，平均１顷斜宽约１４４ｍ，１７ — １煤层平均厚度６米、１７ — ２煤层平均厚度５米，本区煤炭储量为３５５万吨。该煤层上覆１１号煤层三水平均已采完，层间距］匕小南大，约８０２００ｍ。该煤层下伏１８号煤层，尚未开采，层间距南小北大，约３０～６０ｍ。经测算１７层煤层瓦斯含量为ｌｆ１２ｍ，四水平南１７层一四区一段地睹量１６０万吨，本区瓦斯锗量为１６１９万ｍ。四水平南１７层一四区一段标高（一２８０ — ３５５）位于兴安矿始突一３ｌＯｍ标高以下，具有突出危险陛。兴安矿突出危险日捌则主要是０定煤层压力。经测定，三水平南二石门以北至南一石门５８０米范围内四水平１７层一段煤层具有突图１出危险ｆ生兴安矿突出危险陛预测主要是测定煤层压力，经测定，三水平南二石门以北至南一石门５８０米范围内四水平１７层一段煤层具有突出危ｌｏｅ一ｒ１５ｍ布置～个预测钻孔，孑Ｌ深根据工作面条件选定，一般为５险性，兴安矿突出危险性预测主要是测定煤层压力经测定，三水平南二石ｍ— ｌＯｍ。当预测为无突出危险工作面时，每预测循环应留２ｍ预测超前门以北至南—石门５８０米范围内四水平１７层— 层具有突出危险Ｉ生。距。２区域消突方案和作法３３工作面防突措施。采用超前排放占孑Ｌ和浅孔抽放瓦玮作为采堞工在四水平南１７层１－４区一段总机道内由设计停采线向设计切眼方作面的防突措施时，钻孔直径一般为７５～１２０ｍｍ，钻孔在控制范围内应向向四水平南１７层Ｉ一４区一段道两倾施工预抽穿层钻孔，Ｉ共施工抽均匀布置，在煤层的软分层中可适当增加钻孔数；超前排放钻孔和预抽钻放钻场１３个，预抽钻孔４６２个，钻孔落点控制在一段机道上帮轮廓线以孔的孑【．数、孑间距等直根据钻孔的有效抽放或定。外２０ｍ，下帮轮廓线以外５－７５ｍ，钻孔长度４０一ｔ２０ｍ，￣ｋ角度８ —３８度。３４采煤工作面防突效果检验。采煤工条带中空白区域未覆盖钻孔的，因其测试瓦斯初始压力时均低于０．５Ｍｐａ，工作面突出危险陛预测的方法和指标实施。沿采煤工作面每隔１０～１５ｍ所以没有进行瓦斯抽放，直离茳＾区域效果验证。预抽范围见．整体分布详布置—个检验钻孔，深度小于或等于防突措施占孑Ｌ。如果采煤工作面检验细图如图１。在机道、切服和轨道施工完毕后，施咧钻孔沿回采工作面指标均小于指橱界值，且未发现其它异常隋况，则措施有效；否则，判定机道由设汁切眼向设汁睁果向平行切眼布置。钻孔间距ｌＯｍ，钻孔水为措施无效。平落勒道往下２０ｍ。钻孔长度８０蝴Ｌ角度３５度。预抽瓦斯钻孔及抽３５安全防护措施。井巷揭穿１７煤层或在煤层中进行采掘作业时，都放瓦斯工程量：施工钻孔量：４６７６４米／４６２个，２００７年７月至２０１０年８必须采取安全防护措施。安全防护措施包括远距离爆破、反向风门、避难月三年累｛寸抽放瓦斯４０９．２万米３，预抽放瓦斯占本区瓦斯总量的２５２％，峒室、压风自救系统和隔离式自救器等安全防护措施。达到了预抽煤层瓦斯实现消突效果。４区域消突检验及区域验证３局部消突和石门安全揭煤消突检验：在四水平南１７层一段总机道向机道施工穿层钻孔进行效３．１石门揭煤工作面。（１）石门概况：本区设计走向长度８４０米，开拓布果检验，共布置六组２１个钻孔，每隔５０ｍ布置—个检验孔。钻孔呈扇形布置方式采取南部边界上山、中部轨道匕山、一段总轨道、 — 段总机道岩巷，置，钻孔落点控制在一段机道上帮轮廓线、下帮轮廓线以外各１５ｍ范围以其中道布置４个胡道石门走向反上，石门间距１７０ — ２５０米、营勃道布内，钻孔长度３０～６０ｍ，钻孔角度ｌ５ —３８度。顺层钻孔在谤剐期道内，由设置３个轨道石门走向反上，石门间距３００米。（２）石门揭煤工作面突出危险计切眼向设计停采线方向沿走向每隔５０ｍ范围内施工一个检验孔，钻孔性预测：石门揭煤工作面的突出危险０选用综合指标法和钻屑瓦斯平行切眼布置，钻孔落中，钻孔长度２０ — ６０ｍ，钻孔角度３５度。区域解吸指标法。在机道石门施工３０米停工施工抽放硐室，倾斜反上在石门验证：在工作商羞人该区域时，进行至少两次区域验证；工作面每推进钻场平行方向打钻施工拐钻孔，若＿是走向反— 匕则在石门钻场按５０ｍ至！ｆ钢次区域验证；在构造破朔滞连续谜彳亍区蚓佥证；钻孔每施煤层走向方向施］钻孔，作为测定煤层原始瓦斯压力和措施效果检工１．０米测定Ｌ咕屑量撸际Ｓ —次，每间隔２０米即２０米、４０米、６．０米、８Ｄ验孔。（３肪突措施：每个石门布置施工至少３３个钻孔，钻孔呈扇形布置，米渡样本。当连续进行两次突出危险陛验证，各指标者、于临同一方位布置３个钻孔（上、中、下），钻孔间距０５ｍ，钻孔落点煤层顶板，界值ｌ￣ＰＡｈ２＜２ＯＯＰａ，Ｓ＜６ｋｇ／ｍ时，工作面预测为无突出危险工作面。正常钻孔平间距５ｍ，终孔孔底水平间距１５ｍ，钻孔长度５５ — ２００ｍ。钻孔采掘作业时，每掘进２５ｍ进行两次突出危险｝验证（验征去如上）。施工完毕后全湘己孑Ｌ抽放，抽放直到测压ｆＬ压力表窝牧小于突出危险ｌ生５结论临界值０．７４Ｍｐａ方可采取局部防突措施安全揭煤，预抽瓦斯在揭穿煤层对－－２９０标高以下机道石门揭煤，进行局部消突措施后，实现安全揭之前应当保持抽采状态。（４）工作面防突揩泡目检验：石门防治突出措施煤；通过打澳０压钻孔，对煤层残余瓦斯压力测定，压力均小于０．７４Ｍｐａ以执行后，采取钻屑指标方法检验措施效果，即测定钻屑瓦斯解吸指标Ｇｈ２下；采取钻屑解吸指标法进行突出危险Ｉ生ｉ则定，本区域实现消突。综上述或残余爹班功Ｐ。检验孔数为５个，分别位于石门的上部、中部、下部和兴安矿四水平１７层一四区—段实现区域和局部消突。两侧，终孔位置直位于措施控制范围的边缘线上。经措施效果检验有效参考文献后，方可采取安全措施施工。ｆ１１张振普．煤矿安全生产管理与技术呻北京：中国矿业大学出版社，３２采煤工作面突出危险性预测。采煤工作面突出危险性预测使用煤２００８，５．巷掘进工作面的煤钻屑解吸指标突出预测方法，沿采煤工作面每隔［２１赵铁锤防治煤与瓦斯突出规定北京：煤炭工业出版社２００

穿层钻孔掏穴增透强化抽采瓦斯技术研究

遍性的卸压增透强化抽采瓦斯技术具有重要
意义。
轨道斜巷
图１掏穴效果考察钻孔布置图
选一煤层赋存稳定区域施工两个钻孑，Ｌ先施工１＃钻孔进行瓦斯压力测定，＃钻孔终孔间距２ｌ＃钻孔５试验掏穴增透强化抽采技术，ｍ，考察掏穴后的１＃钻孔的压力变化，定影响半径。在确水平距离２＃钻孔１ｍ施工３＃普通抽采钻孔，０施工参数同２＃钻孔，分别考察２３＃、＃钻孔瓦斯抽采量，比分析掏穴增透强化抽采效果。对
广应用。
关键词：掏穴增透；强化抽采；穿层钻孔；预抽瓦斯；消突技术
中图分类号：Ｄ７３Ｔ１文献标识码：Ａ文章编号：０６４４（０１０—４ —４１０—５０２１）４０７０
ＣＩＲｕｆ。ＴＯＮＧａ－ｈｎＡ —ａＸｉｏｚａｇ
图２掏穴增透扩孔钻头
２试验工程概况
潘一煤矿～５０３ｍ～～６Ｏ西一轨道斜巷位３ｍ
Ａｕｇ２１．０１
穿层钻孔掏穴增透强化抽采瓦斯技术研究
蔡如法，童校长
（淮南矿业（团）司潘一煤矿，集公淮南２２８）３０２
摘
要：为提高预抽煤层瓦斯消突效果，在底板巷穿层钻孔中进行了掏穴增透强化抽采技术试验。掏穴钻孔
可以看出，抽采时间较长、在进入稳定流动状

煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术分析

煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术分析摘要：在煤矿生产作业中，瓦斯的钻孔采抽属于治理瓦斯灾害的最主要对策，基于采抽目的以及钻孔层位等进行考虑，瓦斯抽采可以分为多种，主要有穿层钻孔、顶板高位钻孔以及沿煤层钻孔，而根据钻孔类型的不同，施工中所应用的成孔技术也会有所差异。

本研究通过分析煤矿井下抽采瓦斯的施工技术，以期为该项工作提供帮助。

关键词：煤矿井下；瓦斯抽采；钻孔施工技术近几年，过去一些低瓦斯矿井在采煤范围日益扩大以及采煤深度进一步加深的影响下，也逐渐转变成高瓦斯矿井，使煤矿生产的危险性越来越大，并时常有严重的煤矿事故发生。

相关煤矿生产实践结果表明，瓦斯的钻孔采抽属于治理瓦斯灾害的最主要对策。

一、穿层瓦斯的抽采钻孔施工工艺分析穿层钻孔属于有效解决煤矿瓦斯的方法之一。

穿层钻孔在用途以及施工方法上的不同之处有2点[1]：①于煤层底板内施工专有的瓦斯工艺巷，在工艺巷中借助施工上仰钻孔，在穿过可能会突出的危险煤层后，将煤层内的瓦斯抽出，从而缓解煤层内的压力，使煤巷掘进、煤层回采等工作可继续；②于煤层的回风巷道内施工上仰钻孔，在穿过煤层的顶板和周边无法开采的煤层后，对煤层回采期间所产生的采动影响加以利用，将邻近煤层与一些采空区内的瓦斯抽出，从而使回采工作面的瓦斯浓度有所下降。

在煤层底板的施工工艺巷内对瓦斯采取穿层钻孔的抽采方法，通常比较适合在突出危险性较大的松软煤层中应用。

由于此类煤层的松软特质，导致本煤层施工中难以顺着煤层钻孔。

此外，因为瓦斯具有压力大、含量大等特点，若不对煤层瓦斯采取预先抽采的措施，可能会引起煤与瓦斯突出或瓦斯超限情况，因此不得不在瓦斯抽采中应用这一种成本较高的方法。

为了便于施工，通常情况下此类瓦斯抽采的工艺巷均在欲掘进煤巷下方设置，与煤巷相距距离至少为15m。

对于工艺巷中专用钻场，应每相距30～50米的距离就设置一个，每个钻场中的钻孔数量不等，布置成放射状，在瓦斯抽采的范围方面，除了欲掘进巷道中的部分煤层以及受其影响的范围外，还包括回采煤层，保障在进行煤巷掘进、煤层回采等作业时，其工作面的瓦斯在限定范围内。

底板穿层钻孔预抽采面上隅角瓦斯技术的研究

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰｒｅ－ｐｕｍｐｉｎｇＧａｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＦａｃｅＵｐｐｅｒＣｏｒｎｅｒＴｈｒｏｕｇｈＦｌｏｏｒＣｒｏｓｓｉｎｇＨｏｌｅｓ
工业技术
底板穿层钻孔预抽采面上隅角瓦斯技术的研究①
黄春明（河南平宝煤业有限公司首山一矿河南平顶山４６７０００）摘要：本文系统分析了工作面瓦斯涌出来源，提出了底板穿层钻孔，本煤层Ｊ薯层钻孔和工作面浅孔联合抽放瓦斯技术，井对抽放效果进
ＫｅｙＷｏｒｄｓｌＰｒｅ－ｐｕｍｐｉｎｇｌＦｌｏｏｒｃｒｏｓｓｉｎｇｈｏｌｅｓｌＧａｓｉｎｆａｃｅｕｐｐｅｒｃｏｒｎｅｒ
回采工作面上隅角是瓦斯超限的聚集区，多数瓦斯事故都发生在工作面的上隅角，因此对采面上隅角瓦斯管理是煤矿工作中的重中之重，常用的方法是对上隅角进行封堵，挂导风障，但效果仍不太理想。
行了对比分析，通过现场工业性试验，取得了良好的抽采效果。
关键词：颓抽穿层钻孔上隅角瓦斯中图分类号：ＴＤ７１２．６文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－３７９ｉ（２ｏ１３）０５（ｃ）一００７８－０２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｓｅｄｔｈｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｇａｓｅｍｉｓｓｆａｃｅ，ｒａｉｓｅｄｆｌｏｏｒｃｒｏｓｓｉｎｇｂｏｒｅｈｏｌｅ，ｔｈｅｓｅａｍｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｗｏｒｋｉｎｇ

浅谈钻孔预抽采瓦斯技术

３应用效果及其前景
１钻孔预抽采瓦斯技术要点．２
（）１对于卸压瓦斯必须进入卸压范围：（）２钻孔开口端应布置在完整煤（体内；岩）（）３穿层钻孔进入预抽采层顶（板岩石０５底）．ｍ以上。由于开采层越近，瓦斯的涌出量越多，邻近层瓦斯预抽采钻孔布置主要从适当的巷道向各邻近层卸压区打钻孔，要能控制卸压瓦斯流入钻孔，避免瓦斯大量流入开采层采空区。孔间距同时也是影响抽放时间的又一重要因素。不同煤层其预抽采钻孔的布置形式不一样，钻孔问距也不一样，其抽放时间也不一样，空间距是随着预抽采时间的增大而增大。对于钻孔预抽采瓦斯，以根据不同的瓦斯流量和预抽采的难易情况进行预抽采钻孔布可置，具体措施有：加大钻孔的直径、负压提高和增大煤层透气性等。
浅谈钻孑预抽采瓦斯技术Ｌ
曹正平
（贵州林东矿业集团有限责任公司）
摘要：瓦斯主要以煤层气构成的有害气体甲烷为主。是在煤的生成和煤的变质过程中，在高温、高压的环境下伴随着产生瓦斯，它在煤体或围岩中是
以游离状态和吸着状态的形式存在的。
关键词：钻孔预抽采瓦斯技术；前景
风。
ｌ钻孔预抽采瓦斯技术
１１钻孑 பைடு நூலகம்抽采瓦斯技术．Ｌ
通过通风办法来稀释瓦斯，已经在经济上和技术上逐渐被淘汰，与此同时，随着开采的强度和深度的增加以及地面大气压的降低，井瓦矿斯的涌出量也在增加，常情况下利用正常通风稀释瓦斯，能解决落通只煤和暴露煤壁时的解析瓦斯，而在采空区涌出的瓦斯所占比例较大，一般占６％左右，０稀释对大部分矿井来说根本达不到治理瓦斯的要求。而钻孔预抽采瓦斯一方面降低瓦斯的涌出量，另一方面能有效地解决瓦斯浓度超限，防止煤与瓦斯的突出。如何有效地提高瓦斯抽放率，主要取决于对预抽采方式的合理选取，因此，要根据瓦斯的来源、瓦斯地质条件和矿山技术条件选择瓦斯预抽采方式。高位水平钻孔瓦斯预抽采技术是钻孔技术中比较难的一种预抽采技术，该技术分为顶板高位水平钻孔瓦斯预抽采技术和大采面中间高位巷瓦斯预抽采技术，前者具有先期投入少、工期短、灵活性强的优点。对于煤与瓦斯突出的矿井，瓦斯涌出量大，含量高，煤层的透气性比较差，以及受地质条件的影响导致瓦斯的富集及煤层瓦斯分布的不均匀性的矿井，目前这种技术已经得到广泛的应用。

保护层穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯试验研究

量８４ｍ３ｔ，７／。
图１１１（）采工作面及底抽巷、面钻井布置示意图１７１开地
１１（）１７１工作面回采后，上覆岩层受采动影响，产生不均匀塌陷，导致地面钻井进入采空区后极易被破
坏。现场观测表明：际有四个钻井抽采半径没有达实到设计效果，１钻井抽采了３天，钻井抽采仅１５２８天
每口钻井都位于１１（）１７１面水平投影的中央，图１见。
置５口钻井，抽采半径按２００ｍ设计，１钻井位于１１１７
（）眼东５ｍ，１切０依次向外问隔３００ｍ一个，在倾斜方向
钻孔实际施工参数、孔位置、管长度、开套封孔长
度见表１。钻孔布置见图２。４穿层钻孔抽采卸压瓦斯效果
ｇｓｗｅｈｅｄｉｉｇＩｈｅｇｏｎａ．ｈｎｔｒｌｎｓＯ１ｔｒｕｄｗｅｅｆｌｒ．ｌｒａｕｅｉ
Ｋｅ＊ＩＳｂｒｓ也ｇｅｒｋａｄａａｅｒｅｔｅｃａ＿ｙ＊ＤｏＶＯｅ Ⅻ ｈｔｅｇｓｒｎｇｐｏｃｉｌｈｅｉｔｖｏ煳
３穿层钻孔抽采试验
理和被保护层瓦斯治理两个方面。保护层瓦斯治理主要为顶板走向钻孔和上隅角埋管抽放，被保护层瓦斯
鉴于上风巷穿层钻孔抽采卸压瓦斯正处在试验阶段，穿层孔只是设计为单一钻孔（不同方位和倾角）来
治理主要为地面钻井和底板抽采巷抽放。设计在开采１ — １２保护层同时对１３—１煤层进行

首采工作面的瓦斯抽放技术研究

／／ｒ — Ｉ
ｒ一／ ——
三三工
放。
钻孔抽放瓦斯。在运输巷沿煤层倾斜方向每隔５ｍ布置一个顺层抽放钻孔，运输巷钻孔深度１１０ｍ。回采工作面本煤层预抽钻孔布置见图２。采用平行工作面的钻孔，可在采面回采前预抽，回采期间仍可继续抽放，抽放钻孔只是随工作面推进而逐步报废，并且还可抽放工作面前方的一段卸压瓦斯。
图２回采工作面本煤层预抽瓦斯钻孔布置图
矿井。井田内含可采煤层１２层，从上至下分别是Ｋｌａ、Ｋ１７、Ｋ２２、Ｋ２３、Ｋ２４ａ、Ｋ３２、Ｋ３３、Ｋ３５ｂ、Ｋ３９、Ｋ４０、Ｋ１０９ａ、Ｋ１１０ａ煤层。首采煤层为Ｋ１７煤层，其临近层上有Ｋｌａ煤层，层间距为８３ｍ；下有Ｋ２２、Ｋ２３煤层，层间距为分别为２７ｍ、３７ｍ。首采工作面为１１７０１工作面，采用分源预测法对首采工作面瓦斯涌出量进行预测，根据预测的过程可知，瓦斯来源主要是回采工作面、采空区及邻近煤层（主要是Ｋ２２、Ｋ２３煤层）。根据首采面的实际情况，先采用顶板穿层钻孔进行预抽，然后在回采时采用本煤层钻孔抽放、留管抽放及采空区抽放。２．瓦斯抽放技术的应用２．１顶板穿层抽放布置穿层钻孔时，一般将钻场设在底板岩石巷道或顶板岩层中，由钻场向开采煤层打钻，贯穿煤层全厚，在Ｋ１７煤层顶板２０ｍ处布置顶板抽放巷，采用ｓＧＺ —ＩＡ型钻机钻孔，钻孔采用聚氨酯封孑Ｌ，孔内套管长度为１２ｍ，预抽Ｋ１７、Ｋ２２、Ｋ２３煤层的瓦斯。钻孔布置见图１。

顶板岩巷网格穿层钻孔抽采瓦斯的实践与探索

顶板岩巷网格穿层钻孔抽采瓦斯的实践与探索摘要:本文简要介绍了顶板岩巷网格穿层钻孔抽采辅以机巷顺层钻孔抽采在突出煤层新采区开拓过程中的运用原理、布置方法、注意事项及相关的技术措施,在适宜的条件下实施该措施,可以降低成本,取得较好的经济及安全效益。

关键词:顶板岩巷网格穿层钻孔顺层钻孔突出煤层《防治煤与瓦斯突出规定》第六条规定:防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。

突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。

未按要求采取区域综合防突措施的,严禁进行采掘活动。

淮北矿业集团童亭煤矿86采区7、82煤层具有突出危险性,暂未进行开拓前区域突出危险性预测,根据《防治煤与瓦斯突出规定》第三十三条的规定,末进行区域预测的区域视为突出危险区。

开拓前86采区7、82煤层防突措施暂按突出危险区进行设计,10煤按非突出危险煤层设计。

1 86采区概述86采区主采7、82、10三层煤,整体为长1600m左右不规则菱形块段。

采区煤层走向变化大,主要受五里谷堆背斜影响,大体形成两块煤层倾向、角均不同的地质块段,其倾向变化体现在东部NNE、西部$WW,其倾角变化体现出西部小、东部大这一特点。

采区在中部被F11切割成东、西两块。

煤层底板标高相差较大,最高为-360m,最低为-750m。

2 86采区区域瓦斯治理方案的提出根据86采区瓦斯地质勘探资料,结合相邻82、Ⅱ82及84采区区域瓦斯治理方案,86采区优先开采7煤层作为后期的82煤层的上保护层进行开采。

7煤层作为突出危险煤层,开采前必须对7煤层进行区域瓦斯治理。

开采保护层是进行区域瓦斯治理的一条有效途径,进行保护层开采关键是选择合适的煤层作为保护层。

非突出危险10煤层不能作为7、82煤层的下保护层进行开采,一方面,该区10煤层厚度薄,上距7煤层的垂距大于100m,超过作为下保护层开采的最大保护垂距,另一方面,该区10煤层构造复杂,大面积受冲刷,连续性差,无法进行连续开采,开采后存在大量的岩柱,不能完全保护7煤层。

概论低位穿层钻孔的应用

概论低位穿层钻孔的应用1工作面瓦斯涌出量及安全性分析己15-17工作面开采煤层为己15-17煤层，原始瓦斯含量为3.2～12.04m3/t，瓦斯压力为0.7～2.4MPa，工作面瓦斯储量为655万m3。

通过对己15-17工作面在掘进、回采前低位抽放巷穿层钻孔、回风平巷和运输平巷本煤层钻孔预抽等方法，该工作面钻孔已覆盖空白带，预抽瓦斯钻孔布置均匀。

经过预抽煤层瓦斯后，残余瓦斯含量为2.38～7.77m3/t，小于8m3/t，实际预抽率为32.3%，吨煤钻孔量0.064m/t。

煤层突出危险性已消除，为安全回采创造了有利条件。

根据己15-17回采工作面生产指标，计算得该采面回采期间，采空区瓦斯绝对涌出量为3.68m3/min。

根据采面安全生产情况，按月产4万t进行计算，则己15-17综采工作面回采期间，绝对瓦斯涌出量为8.2m3/min。

分别按瓦斯涌出量、温度条件、最多人数计算需风量，并进行风速验算，最终确定工作面风量达到1845m3/min才符合规定。

己15-17回采工作面回采期间采用导风障的方式对上隅角瓦斯进行综合治理，根据实际情况通过导风障导风方式回采工作面上隅角风量约为800m3/min。

因此上隅角瓦斯浓度预计为1.48%。

由上述数据预测己15-17回采工作面安全生产期间回风流中瓦斯浓度为0.96%。

通过上述数据分析：己15-17回采工作面安全生产期间，采空区瓦斯绝对瓦斯涌出量为 3.65m3/min，造成回采工作面上隅角及回风流瓦斯浓度分别为1.48%、0.96%，致使回采工作面无法进行安全生产，严重制约回采工作面单产单进水平。

因此必须对己15-17回采工作面采空区瓦斯进行治理，确保矿井安全生产。

2低位抽放巷大孔径穿层钻孔设计与施工2.1低位抽放巷穿层钻孔布置根据己15-17采煤工作面回采巷道与区域瓦斯治理体系关系，低位抽放巷大孔径穿层钻孔开孔位置选择在己15-17回风平巷抽放巷下帮，开孔高度选定在距底板1.5m处，钻孔水平角度为0，垂直角度为32°。

突出煤层穿层钻孔增透强化抽采瓦斯消突效果研究

突出危险性增大。开采保护层是防止煤与瓦斯突出最有效的措施，由于受地质条件限制，些突但有出矿井不具备开采保护层条件，为此必须采取其他技术消突措施确保突出煤层的安全开采。《防
条带煤层内瓦斯进行消突。顶（板巷道穿层钻底）
ａｌｎｅｉｄｏｉ，Ｔｈａｉｓｏａｒｉａｅｉｓａｌ（ｍ）ａｄｄｉｎｉｅｒｎｍｏｎｓｂｇｏｇｐｒｏｆｔｍｅｅｒｄｕｆｇｓｄａｎｇｓｍｌ２ｎｒｌｅｇｎｅｉｇａｕｔｉｉ．ｌＴｈｓｐｐｒｐｔｏｗａｄｔｅｅｈｎｅａｒｉａｅｔｃｎｌｇｅｈｏｇｘａｄｂｒｈｌｉｍｅｅｎｉａｅｕｓｆｒｒｈｎａｃｄｇｓｄａｎｇｅｈｏｏｉｓｔｒｕｈｅｐｎｏｅｏｅｄａｔｒａｄｇｔａｉａｉｎａｈｏｔｍｏｄｙｅｐｎｏｅｏｅｉｍｅｅｉｃｅｓｈｘｏｅｒａｆｃａｅｓｖｌｔｏｔｔｅｂｔｏｒａｗａ，ｘａｄｂｒｈｌｓｄａｔｎｒａｅｔｅｅｐｓｄａｅｓｏｏｌｄｓａａｄｔｅｒｎｅｏｏｌｓａｄｓｈｒｉｇｐｅｓｒ，ｅｔａｔｎｒｄｕｎｒａｅｔ，ｍｐｏｅｔｅｅｍｎｈａｇｆｃａｅｍｉｃａｇｎｒｓｕｅｘｒｃｉａｉｓｉｃｅｓｏ３ｍｉｒｖｈｏａｒｐｒａｉｔｆｃａｒｕｄｄｉｉｇ，ｉｐｏｅｔｅｓｎｌ— ｒｈｅｔａｔｎｏａ，ｔｅｖｌｍｅｏａｉｅｍｅｂｌｙｏｏｌｏｎｒｌｎｉａｌｍｒｖｈｉｇｅａｃｘｒｃｉｆｇｓｈｏｕｆｇｓｏ

保护层穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯试验研究

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ｇａｓ．ｗｈｅｎｔｈｅｄｒｎｌｉｎ帮０ｒ１ｔｈｅｇｒｏｕｎｄＫｅｙｗｏｒｄｓｂｏｒｅｓｔｈｉｇｈｔｈｅｒｏｃｋ
ｆａｉｌｕｒｅ．ｄｒａｉｎａｇｅｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｏｏ日ｌ８∞ｍ
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顾桥煤矿为了对１３—１煤层的卸压瓦斯尽可能多的抽放，在１１１７（１）工作面回采期间进行了保护层上风巷穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯的试验研究，并取得了比较好的效果。１保护层工作面概况１１１７（１）工作面为顾桥矿１１—２煤层首采工作面，走向长２７００ｍ，倾斜长２４０ｍ，平均煤厚２．６ｍ，煤层平均倾角７０。该面为首个保护层开采工作面，对应的被保护层为１１１７（３）工作面，实测瓦斯压力２．８ＭＰａ，瓦斯含量８．４７ｍ３／ｔ。１１１７（３）工作面煤层老顶为浅灰色粉细砂岩，厚度８．０８ｍ，直接顶为浅灰～灰白色砂质泥岩，厚度３．４２ｍ，直接底为灰色砂质泥岩，厚度１０．３２ｍ。１３—１煤层厚度１．９３．８．２８ｍ，１１—２煤层位于１３—１煤层下方。２瓦斯综合治理１１１７（１）工作面瓦斯治理设计分为保护层瓦斯治理和被保护层瓦斯治理两个方面。保护层瓦斯治理主要为顶板走向钻孔和上隅角埋管抽放，被保护层瓦斯治理主要为地面钻井和底板抽采巷抽放。设计在开采１ｌ一２保护层同时对１３—１煤层进行卸压瓦斯抽采。１１１７（１）工作面东段１６００ｍ采用专用底板巷抽采，西段１４００ｍ采用地面钻井抽采，地面共布置５口钻井，抽采半径按２００ｍ设计，１’钻井位于１１１７（１）切眼东５０ｍ，依次向外间隔３００ｍ一个，在倾斜方向每口钻井都位于１１１７（１）面水平投影的中央，见图１。
１１２
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２００８年第３期
保护层穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯试验研究

底板穿层钻孔预抽采面上隅角瓦斯技术的研究

底板穿层钻孔预抽采面上隅角瓦斯技术的研究摘要:本文系统分析了工作面瓦斯涌出来源,提出了底板穿层钻孔、本煤层顺层钻孔和工作面浅孔联合抽放瓦斯技术,并对抽放效果进行了对比分析,通过现场工业性试验,取得了良好的抽采效果。

关键词:预抽穿层钻孔上隅角瓦斯Research on Pre-pumping Gas Technology in Face Upper Corner Through Floor Crossing HolesAbstract:The articlepKey Words:Pre-pumping;Floor crossing holes;Gas in face upper corner回采工作面上隅角是瓦斯超限的聚集区,多数瓦斯事故都发生在工作面的上隅角,因此对采面上隅角瓦斯管理是煤矿工作中的重中之重,常用的方法是对上隅角进行封堵、挂导风障,但效果仍不太理想。

本文上隅角瓦斯治理是在风巷底板岩石中做一条岩石抽放巷,在抽放巷内向采面上隅角打大孔径钻孔进行抽放,以解决采面上隅角瓦斯超限问题。

1 工作面概况己15-12041采面位于己二采区上部,是采区的一个首采工作面,该采面走向长1100 m,倾斜宽165 m,煤层厚3.2 m,倾角为10°～12°,瓦斯含量16 m3/t,瓦斯压力2.40 MPa,采煤方式为综采一次采全高,属突出危险工作面。

2 瓦斯涌出规律及特点2.1 瓦斯涌出量分析根据生产过程中实测,煤壁为4～6 m3/min,落煤为2～3 m3/min,上隅角为5～6 m3/min,其它1～2 m3/min,总涌出量为12～18 m3/min。

从测试参数可以看出,煤壁和上隅角涌出量较大,分别占总涌出量的33.3%和41.7%,落煤占16.7%,其它占8.3%。

2.2 特点(1)煤壁:涌出量较大,较为稳定,波动不大,受外界影响不大。

(2)落煤:有一定的波动,波动幅度与割煤速度、落煤量等因素有关系。

井下瓦斯抽采技术及利用现状

二、井下瓦斯抽采技术
（二）邻近煤层瓦斯抽采
卸压煤层底板岩巷和网格式上向穿层钻孔远程法卸压抽采
二、井下瓦斯抽采技术
（二）邻近煤层瓦斯抽采
上抽采巷钻孔预抽
二、井下瓦斯抽采技术
（二）邻近煤层瓦斯抽采
高位抽采巷抽采（巷道末端布置在裂隙带）
二、井下瓦斯抽采技术
（二）邻近煤层瓦斯抽采
集中高位抽采巷抽采
临近煤层瓦斯抽采
上下临近层
瓦斯来源于临近层的工作面
30~ 采空区瓦斯抽采半封闭式抽采围岩裂隙与溶洞
瓦斯涌出量大的老采空区采空区瓦斯涌出量大的回采工作面有围岩瓦斯涌出或瓦斯喷出的危险地区
15 30 30
围岩瓦斯抽采
东翼大巷皮带大巷回风东翼
二、井下瓦斯抽采技术
（一）开采层抽采
交叉式布孔抽采（2）
上风巷
Ⅴ
Ⅲ Ⅳ Ⅱ
Ⅰ
1
下风巷
2
3 中块段西块段
4 东块段
二、井下瓦斯抽采技术
（一）开采层抽采
风巷高位斜交钻孔瓦斯抽采
15m 钻场风巷
钻孔工作面
机巷
二、井下瓦斯抽采技术
（一）开采层抽采
密闭抽采
1
高冒裂隙带钻孔抽采示意图
高冒带抽采钻孔注浆钻孔冒落拱
回顺高位巷运顺顺煤层钻孔
灌浆巷
二、井下瓦斯抽采技术
（三）采空区瓦斯抽采
高冒裂隙带平行钻孔抽采
二、井下瓦斯抽采技术
（三）采空区瓦斯抽采
高压水射流风机抽采利用高压水射流产生的负压，来吸入粉尘和瓦斯。
二、井下瓦斯抽采技术
（三）采空区瓦斯抽采
11.5 9.8 5.23 5.17 15.2 6.29 19.3 6.03 23 26.14 14.46 7.35 6 18 23.5

瓦斯抽采穿层钻孔施工详细12步法

瓦斯抽采穿层钻孔施工详细12步法1.所有进行抽采的地点均有抽采工程施工设计和安全技术措施。

钻孔开孔角度误差±1°，开孔位置误差不大于200mm（其他情况除外），穿层钻孔应当穿透全煤及穿岩不小于500mm，否则应当在该钻孔距离不超过500mm的位置补打钻孔。

2.钻孔施工前，施工单位与矿井地测部门确定巷道中腰线，施工单位技术员依据巷道中腰线，按设计标出开孔中心线和所有钻孔开孔点与编号，施工人员严格按照标点位置、设计参数稳钻施工。

孔口悬挂钻孔施工管理牌板，钻机附近或钻场内悬挂钻孔设计参数图表、避灾路线等内容牌板。

3.现场施工人员应当配备参数测量所需要的线绳、皮尺（卷尺）、坡度规、记录本等工具。

钻孔倾角测量以钻机跑道为准，钻孔方位角测量方法以巷道中线为起点进行测量。

建议使用钻孔姿态仪代替人工放线。

4.钻孔施工1～3m时，应对钻孔方位、倾角等实时参数进行复核，复核情况应当及时记录；发现超出误差范围的，应及时进行纠正。

钻孔施工期间应当详实准确记录钻孔见煤（岩）深度、钻进异常情况。

钻孔深度计算时，应采用计数器或其他有效方法记录钻孔内钻杆数量，并对钻孔孔口外钻杆长度进行准确测量。

（一般采用视频监钻）5.采用干式排渣工艺施工时，在钻机回风侧3m范围内悬挂瓦斯检测便携仪，10m范围内设置甲烷传感器，具备超限报警断电功能，瓦斯超限切断巷道内所有非本安型电气设备电源。

同时在钻机下风侧3m内悬挂一氧化碳检测便携仪或在下风侧10m范围内安装一氧化碳传感器。

（具体看各省、企业要求）6.建立专用的防喷抽采系统，即采用专用抽采泵、专用管路，专用防喷装置抽采瓦斯，防止瓦斯喷孔引起巷道风流中的瓦斯超限。

瓦斯抽采一般采用分源管理。

7.岩石段钻孔施工使用静压水的，水压不得低于0.5Mpa,或者采用专用泵进行供水，保证供水满足打钻需要；实施水力冲孔措施时，必须在钻孔施工地点或附近安设专用压力泵，每台压力泵同时供给钻机不得超过两台。

底抽巷穿层钻孔泄压瓦斯技术

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三、底板抽放巷区域防突技术应用
3、S1310工作面底抽巷。
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四、穿层钻孔水力冲孔
1、水力冲孔工作原理 2、水力冲孔工艺设备及流程 3、S1310底抽巷高效钻冲一体化
增透抽采初始设计
1
四、穿层钻孔水力冲孔
1、水力冲孔工作原理：
四、穿层钻孔水力冲孔
1、钻冲一体化增透机制：
高压水力冲孔造穴措施是依靠高压水的冲击能力，造成煤体的破碎，逐渐形成一个较大尺寸的孔洞。对于硬度较低的煤与瓦斯突出煤层，高压水射流会冲击煤体诱导可控的钻孔喷孔，在排出大量煤渣的同时，释放大量的瓦斯。这一过程显著增加了水力造穴的尺寸，引起穴道周围应力的显著改变。在较高应力的作用下穴道周围煤体出现蠕变损伤、沿孔洞发生径向移动，导致穴道影响范围内煤体应力降低，煤层孔隙张开、裂隙贯通，从而大幅度增高煤层透气性。
随堂练习
❖ 1 底抽巷与高抽巷的区别？ ❖ 2 水力冲孔的优缺点？
谢谢！
大巷4
大巷5
预抽钻孔
大巷3（岩巷）
一抽排、类巷道瓦对比斯超前治理
巷道类别
治理方式
高抽巷低抽巷
治理回采期间采空区的瓦斯
瓦排巷底抽巷
治理回采期间工作面及上隅角的瓦斯
超前治理巷道掘进前方或回采工作面前方煤层的瓦斯
二、区域瓦斯治理概况
1、我国区域瓦斯治理现状 2、古城矿瓦斯地质概况
1
二、区域瓦斯治理概况
四、穿层钻孔水力冲孔
3、S1310底抽巷高效钻冲一体化增透抽采初始设计
五、预期目标
五、预期目标
底板抽放巷条带预抽防突技术使煤层地应力下降、瓦斯含量与瓦斯压力梯度减小和抽放率大幅提高，达到区域防突目的。辅助采用水力冲孔增透技术后，使煤体得到局部卸压，煤层中的裂隙增大，煤层透气性增强，有利于提高煤层瓦斯抽放效果。穿层钻孔条带预抽区域消突技术具有广泛的适应性，水力冲孔增透技术能够提高局部抽放效果。在条带区域内采用综合防突措施有利于消除煤与瓦斯突出危险性，提高掘进速度，实现矿井采、掘、抽平衡。

穿层预抽钻孔喷孔原因及防治技术研究与应用

穿层预抽钻孔喷孔原因及防治技术研究与应用张录平【摘要】针对突出煤层穿层钻孔施工过程中频繁发生喷孔而发生瓦斯超限现象,分析了发生喷孔的原因,针对喷孔的类型和强弱程度,采用全封闭式三防装置、钻尾抽采、防延时喷孔等综合措施,杜绝穿层钻孔喷孔造成的瓦斯超限,实现安全施工.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2017(043)012【总页数】5页(P142-145,150)【关键词】打钻喷孔;瓦斯超限;喷孔原因;防治技术【作者】张录平【作者单位】平煤股份勘探工程处,河南省平顶山市,467000【正文语种】中文【中图分类】TD713随着煤矿开采深度和强度的增加，煤与瓦斯突出危险性日趋严重。

平顶山矿区煤层瓦斯含量东部高、西部低，具有明显的区域性和条带性；瓦斯含量己组和戊组高、丁组和庚组低。

平顶山东部矿区普遍采用底板岩巷掩护煤巷掘进的区域瓦斯治理方式，通过在底板巷施工上行穿层钻孔预抽上覆煤层条带瓦斯。

我国煤炭的成煤期多为石炭二叠纪，成煤后经过了多次强烈构造运动，破坏了煤层原生结构，造成煤层结构复杂、煤质松软、渗透性低。

瓦斯封存好、瓦斯含量高、采深及地应力大，使矿井瓦斯问题日益严重，在穿层预抽钻孔施工过程中，由于煤层瓦斯、应力突然释放，造成喷孔，严重的还会造成打钻突出。

打钻过程中造成的瓦斯超限，一直认为是不可避免的问题，平煤股份勘探工程处转型以后，从理念上改变了这种观点。

从治理理念、打钻施工技术、防瓦斯装置等方面进行改进提高，继续探索区域瓦斯治理新途径。

从打钻现场、现象入手，结合瓦斯、地质、施工等方面，分析打钻喷孔的原因，采取防瓦斯超限的新技术和装置，打钻技术、防瓦斯装置的使用为消除打钻过程中瓦斯隐患提供了保障。

平顶山天安煤业股份有限公司十矿己15-24100工作面位于己四采区西翼第四区段，地面标高150～300 m，工作面标高-560～-685 m，埋深720～980 m。

该工作面开采己15煤层，己15煤层厚度1.5～2.6 m，平均厚度为2.1 m，煤层倾角为10°～27°，结构稳定，与己16煤层夹矸0.3～7.5 m，东薄西厚，工作面顶板为厚层状砂质泥岩或砂岩。