水力修复增透技术在孟津煤矿的应用

水力修复增透技术在孟津煤矿的应用
孟鹏飞;冯俊超
【摘要】由于三软煤体透气性差、瓦斯抽采率低,而且随着抽采时间的增加,瓦斯抽采钻孔易发生失稳堵孔导致抽采量严重衰减,钻孔抽采效率降低.针对义煤集团孟津煤矿地应力大、塌孔堵孔现象尤其严重的问题,在孟津煤矿21031胶带底抽巷进行老孔修复增透实验,并对修复钻孔的抽放浓度、流量等参数进行对比分析.考察结果表明:水力冲孔作业机的钻孔修复增透效果显著,修复增透钻孔中单孔平均浓度提升了44.3％,流量提升了73％.有效修复了塌、堵钻孔,提高了煤层瓦斯的抽采效率.【期刊名称】《中州煤炭》
【年(卷),期】2015(000)012
【总页数】3页(P43-44,47)
【关键词】瓦斯抽采;水力冲孔;堵孔;修复;卸压增透
【作者】孟鹏飞;冯俊超
【作者单位】河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000;河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454000
【正文语种】中文
【中图分类】TD712.6
我国大部分高瓦斯矿区煤层都为透气性低和易流变的三软煤层[1]，煤层透气性系数为0.001～1 m2/(MPa2·d)，因此三软煤层的瓦斯治理工作异常的艰巨。

尽管进行高密集度的钻孔布置，以及高负压的工艺措施进行瓦斯抽采，但是除了三软煤层
本身特点造成的瓦斯运移困难以外，还有煤体松软造成塌孔、堵孔[2-3]现象严重，这些原因造成了三软煤层的瓦斯抽采效率不高。

针对以上问题，采用最新发明的“瓦斯抽采孔水力作业机”，通过在孟津煤矿12031胶带底抽巷的水力冲孔[4-5]试验，不仅对老孔进行了修复，同时还对钻孔进行了卸压增透，提升了煤层的透气性，从而提高钻孔的瓦斯抽采效率，使老孔“重新焕发生机”。

试验地点设在12031胶带底抽巷441～459 m之间，巷顶距二1煤层岩柱10～
15 m，煤层倾角3°～6°煤层松软、透气性差，实测瓦斯含量为3.99～15.42
m3/t，平均为8.45 m3/t。

孟津煤矿冲击地压大，采用传统PVC抽采管的抽采孔在抽采3个月后，90%以上均会坍塌、被压扁，抽采浓度和流量降低，因此采用
了钢管作为抽采管，有效解决了塌孔的现象，但由于钢管的筛孔很小，极易被煤粉堵塞，因此抽采效果一直不理想。

水力作业机为WSZ16/45-200L型煤矿用履带行走式瓦斯抽采孔水力作业机，其
主要由水力作业机主机、液压泵站、注水泵站、操纵执行台、高压水软管、液压油管、连接电缆和电控系统等组成；其中可缠绕钢管、喷头、支架体、滚筒缠绕机构、输管器等构成水力冲孔作业机主机(图1)。

当瓦斯抽采孔进行日常抽采一段时间以后，在围岩应力场、瓦斯压力和煤体原生裂隙的影响作用下发生塌孔、堵孔，导致钻孔抽采效率降低，无法正常完成规定的抽采量。

以往的做法大都为就地补打新孔，费时费工，大大增加了成本。

而水力作业机可通过高压水射流对现有抽采效率较低的钻孔进行老孔修复。

高压水进入堵塞的抽采管内，冲破管内煤粉形成的散体聚合物，将其冲出孔外，达到疏通目的。

同时，利用高压水射孔清理出煤体中堵塞瓦斯运移通道的煤粉，又起到了射孔筛孔解堵的作用。

高压水射流老孔修复原理如图2 所示。

对12031胶带底抽巷441，447，453，459 m处所有浓度低于10%的钻孔进行修复增透。

经过筛选，选取了19个孔进行老孔修复增透。

进行修复时，水压一般
调至5～8 MPa，修复完毕以后，换增透喷头，水压不超过15 MPa(鉴于该矿的抽采管为钢管，直径小，为防止水压过大造成埋管，所以实验过程中选用水压不超过15 MPa)。

在冲孔过程中一定要注意观察孔口返水情况，如果出现进管不顺，返水不畅，立即卸压停水退管，以防止水力冲孔修复增透过程中出现塌孔、碎屑堵孔导致的埋管现象发生。

从表1中可以看出，经过修复增透以后，大部分钻孔瓦斯抽采量都得到大幅度提高。

对比冲孔前后19个孔的流量，流量升高的有17个钻孔，占修复钻孔数量的89.5%。

值得注意的是，468-2#、474-1#、474-2#等7个孔流量提升的幅度，达到了100%以上。

同时，修复后钻孔浓度也有相应的提升，有超过一半的钻孔的浓度提升了不止20%。

从时间的角度分析，得出2015年3月23日至4月5日这段时间内实验钻孔流量和浓度的变化趋势(图3)。

如图3所示，从单孔的抽采纯量上分析，老孔修复前平均单孔抽采流量为0.056 m3/min，修复后平均单孔抽采纯流量为0.097 m3/min，提高了73%；单孔的抽采瓦斯浓度方面，修复后单孔平均浓度达到了21.5%，提高近一半。

从实验中可以看出，老孔修复达到了冲刷煤粉，疏通钻孔的目的，对提升瓦斯抽采孔的流量和浓度指标的提升具有明显的效果，大大提高了抽采效率。

老孔修复增透技术，能够使抽采效率不高的老孔重新焕发生机，不需要再补打新钻孔即可实现高效抽采、快速达标，节省了工程量，降低了煤矿的成本，这对目前形势严峻的煤炭企业意义重大。

瓦斯抽采孔水力作业机能够有效修复塌孔、堵孔，且连续钢管的直径仅16 mm，能适应各种抽采孔尺寸，水力冲孔作业机对于三软煤层的瓦斯治理具有高效、实用的特点，为三软煤层的消突提供重要的装备支撑。

【相关文献】
[1] 赵保太，林柏泉.“三软”不稳定低透气性煤层开采瓦斯涌出及防治技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[2] 林柏泉.矿井瓦斯防治理论与技术[M]．徐州:中国矿业大学出版社，2010．
[3] 李全贵，翟成，林柏泉.低透气性煤层水力压裂增透技术应用[J].煤炭工程，2012(1):31-36．
[4] 刘明举.水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用[J].煤炭学报，2005，30(4):451-454.
[5] 段康廉，冯增朝，赵阳升，等.低渗透煤层钻孔与水力割缝瓦斯排放的实验研究[J].煤炭学报，2002，27(1)：50-53.。