水力冲孔工艺实践及探索.doc

水力冲孔工艺实践及探索陈军 曾春贵 童文文摘要：为提高煤层透气性、确保均匀卸压，低透气性、强突出煤层，在抽采钻孔实施后，配合施工水力冲孔能够有效的扩大抽采钻孔有效半径，减少钻孔量、缩短揭煤工期。关键词：水力冲孔 卸压 有效半径一、概况11224底抽巷南一联巷为11016工作面出煤系统，施工前方将揭4煤，现工作面距4-1煤层底板最小法距为6米。巷道净断面16.32m2，16上山施工，方位73，揭煤标高-427.2m。4-1煤平均厚度4.0m，4-2煤约0.8m，4-1与4-2之间约有1m厚的夹矸；4煤为黑色粉末状，少量块状，半暗淡型煤。煤层走向120130，倾角810。实测4煤瓦斯压力为2.5MPa、P=13、f=0.33，计算K=39.39、D=12.72、瓦斯含量为8.49m3/t。设计181个钻孔（其中11个水办冲孔钻孔），孔径113mm，钻孔控制范围为巷道轮廓线外左、右侧各15米、上方10米、下方8米。钻孔控制范围内瓦斯储量=长宽高容重瓦斯含量=62.6344.81.48.49=121431.2m3。工作面采用两台215kW局扇供风，风量为700m3/min；主、备局扇均为专供电源供电，两路直径为800mm风筒送风。二、打钻、抽采情况采用两台ZDY-1900S型钻机同时施工，配63.51000mm麻花钻杆（外径84mm），直径113mm复合片钻头。实际施工时间55天，共施工钻孔170个，总钻孔量7744米，钻机月台效2112米。从第一个钻孔合茬抽采至2009年2月6日170个钻孔完工，共计抽采瓦斯6.7175万m3，预抽率55.4%。（后期施工的58个钻孔全程下护孔花管，提高了抽采量。下花管前平均每天抽采量840立方米；下花管后平均每天抽采量1097立方米。）三、水力冲孔简介1、冲孔钻孔设计共设计水力冲孔钻孔11个，其中迎头4个（4、5、6、8#），5#孔沿巷道方位布置，控制巷道轮廓线边缘，4、6、8#孔控制巷道轮廓线下方4m以内、两侧2.5m以内；1号钻场2个孔（3、1#），2号钻场2个孔（9、10#），分别控制巷道轮廓线左、右侧2.5m、8m；3号钻场1个孔（2#），控制巷道轮廓线上方3m、左侧2.5m； 4号钻场2个孔（7、11#），其中7#孔控制巷道轮廓线上方3m、右侧2.5m， 11#孔控制到巷道轮廓线上方8m、右侧8m。钻孔布置见下图： 2、冲孔设备钻机：ZDY-1900S型钻机乳化液泵：采用RB125/31.5型乳化液泵，工作压力31.5MPa,流量125L/min。连接管路使用1寸20MPa的高压胶管。泵站设在-410m车场，距离冲孔点的最远距离47.5m。RB125/31.5型乳化液泵钻头与钻杆：特制冲孔钻杆利用一根63.51500mm光钻杆加工，先将前端焊实，同时焊上钻芽，以利于钻进；再在钻杆上钻6个8mm眼，前面2个向下斜钻，冲孔时出水向前，中间2个垂直钻眼，出水向两帮，后面2个向上斜钻，出水向后。 特制冲孔钻杆3、冲孔钻孔穿煤后，退出钻杆，将钻头更换为特制冲孔钻杆，配合63.51500mm光钻杆，重新下到煤段，通知泵站开泵冲孔，泵站压力控制在20MPa以下，打开钻机附近的控制阀门，保持匀速钻进冲孔，以便排出煤屑，从见煤点向前2米开始，每2米一个点分段冲孔，直至止煤点。全煤段冲完后，边退钻边冲孔，再钻进，退钻，如此循环直至冲不出煤为止。工艺流程主要分为四个步骤即成孔、冲孔、抽采、效果验证。具体如图所示。水力冲孔成 孔冲 孔抽 采效果验证设 计施 工设 备工 序合茬封孔瓦斯突出指标管理计量水力冲孔的工艺流程图4、冲出煤量钻孔施工完毕，开始施工水力冲孔钻孔，该处共设计了11个水力冲孔钻孔，从2月7日开始施工，现已施工10个，冲出煤量137.25吨，平均每个孔13.725吨。单孔煤量统计表孔号冲孔时间冲出煤量 （吨）每米冲出煤量（吨）孔号冲孔时间冲出煤量 （吨）每米冲出煤量（吨）冲12.10夜2.11早13.51.04冲62.14夜2.15早121.71冲22.16早2.17早13.51.93冲72.6中2.9早16.52.06冲32.12中2.13中151.5冲92.10中2.12中10.50.53冲42.18夜2.18早7.50.5冲102.19夜2.19早121.41冲52.20早2.21夜9.751.39冲112.20夜2.20早275.45、冲孔有效半径考察通过4号钻场11号孔冲孔，考察179号抽采钻孔浓度、流量。11号孔、179号孔布置见下图： 冲孔前后，179号考察孔浓度、流量变化曲线见下图：11号孔与179号孔平距7米，平均抽采浓度冲孔前17%，冲孔后22.4%，提高了1.32倍；平均抽采纯量冲孔前0.028 m3/min，冲孔后0.073 m3/min，提高了2.6倍。根据179号孔浓度、流量变化情况，说明该处水力冲孔有效影响半径已达7米。6、冲孔效果考察1）冲孔期间巷道瓦斯变化情况正常打钻期间回风流瓦斯浓度0.14%左右，冲孔期间为0.5%左右，瓦斯涌出量较平时增大了3.6倍。2）冲孔前、后抽采量变化情况冲孔期间，我们重点对该处抽采情况进行了考察。平均抽采浓度冲孔前5.9%,冲孔后6.8%,提高了1.2倍；平均抽采纯量冲孔前0.076 m3/min,冲孔后0.98 m3/min,提高了1.3倍。具体见下图：11224底抽巷南一联巷冲孔前后抽采浓度变化趋势0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.02月1日2月4日2月7日2月10日2月13日2月16日2月19日浓度（%）冲孔后冲孔前3）冲孔前后单孔抽采负压变化情况：对2号钻场考察了28个钻孔在冲孔前、后的负压变化情况，单孔平均负压由冲孔前的0.048MPa降为冲孔后的0.036MPa，下降了1.3倍，说明煤体透气性增加了。具体见下图：实施水力冲孔后，煤层透气性提高，钻孔的抽采浓度、抽采量均有增长，效果还是很明显的。由于时间短，数据收集较少，待揭开4煤后，将通过效果检验指标及煤层各项防突指标的对比进一步验证。7、水力冲孔注意事项1）影响冲孔效果要素：水量、水压、冲孔钻头孔眼设计（包括孔眼个数、直径、角度等）、钻杆直径与孔径差、煤的坚固性系数等。供水量不变时，孔眼个数越少、孔眼直径越小，水压越大，冲落煤量越多，如果钻杆直径与孔径差过小，容易堵塞钻孔，造成喷孔或埋钻；反之，供水量不变时，孔眼个数越多、孔眼直径越大，水压越小，冲落煤量越少，甚至冲不出煤量。煤越硬，需要的水量越大、水压越高、钻杆直径与孔径差越大。2）冲孔时应分段冲，均匀钻进，大量出煤时，应来回往返钻进。3）冲孔钻头应与钻杆同直径，这样不易埋钻。4）冲孔过程中，根据钻孔瓦斯涌出情况及时调整钻进速度，防止瓦斯超限；喷孔严重时，应使用防喷装置，防止喷孔造成高值瓦斯超限。5）冲孔过程中、撤卸钻杆期间，严禁人员正对孔口，防止喷孔伤人。6）高压胶管的连接部位必须牢固可靠，防止脱扣伤人。四、体会与认识1、为提高煤层透气性、确保均匀卸压，低透气性、强突出煤层，在抽采钻孔实施后，配合水力冲孔是完全有必要的。2、目前，集团公司正在与有资质的科研单位合作研究水力化措施，可以选定瓦斯压力在0.74MPa2MPa的揭煤地点考察单以水力冲孔作为消突措施的消突效果。从钻孔设计、冲孔设备、冲孔参数到效检指标制定出水力冲孔标准。3、水力冲孔扩大了有效抽采半径，考察抽采影响半径已达7米。4、水力冲孔消突试验成功将大大减少钻孔量、缩短揭煤工期。 作者简介：陈 军