大孔径密集长钻孔区域防突技术研究获奖科研报告

大孔径密集长钻孔区域防突技术研究获奖科研报告摘

要：为了科学有效的治理矿井瓦斯，防范和遏制瓦斯事故的发生，保证采煤工作面安全生产，根据相关规定的要求，并结合矿井实际情况对11227运输巷掘进区域均处于原始应力区域内掘进，掘进过程中采取顺层钻孔预抽煤巷条带区域煤层瓦斯作为区域防突措施。经过钻孔设计的优化，由原来60m深钻孔均匀布置改为120m深钻孔设计及在巷道中间布置钻孔加密等特征，并且选择用大功率钻机，巷道原一个循环只能控制20-30m的进尺量，现在能控制到70-80m的进尺量，有效节约了施工时间。

关键词：大功率钻机;钻孔设计;囊袋封孔技术;钻孔孔径;瓦斯抽采;

瓦斯抽采达标评价是衡量瓦斯抽采相关制度、规划、措施、系统、落实等基础条件的标准，同时也是评判煤层瓦斯抽采工作是否达标的重要依据。对于突出矿井，在进行瓦斯抽采效果评判时，一方面要反映出突出是否已消除，另一方面还要考虑是否满足瓦斯抽采的需要，两者均需兼顾。为了准确掌握防突措施实施后煤体是否已消除突出危险，是否可以安全掘进。

一、工程概况

（一）工程设计与施工

11227运输巷沿22#煤层走向掘进，现11227运输巷已掘进至B7#点前228m位置，现运输巷煤层平均厚度为1.4m，煤层倾角平均：22°，运输巷采用锚网索支护梯形断面（下宽×中高：5.2×2.8m），左钻场断面（下宽×中高：4.0×3.0m），右钻场断面（下宽×中高：4.0×2.5m）。煤层坚固性系数为0.56，埋深363m-444m，平均404m。各项指标均符合《煤矿安全规程》210条规定，掘进过程中采取顺层钻孔预抽煤巷条带区域煤层瓦斯作为区域防突措施。

二、区域防突技术应用

根据《防治煤与瓦斯突出规定》及公司相关规定要求，结合11227运输巷埋深及煤层坚固性系数，掘进过程中采取顺层钻孔预抽煤巷条带区域煤层瓦斯作为区域防突措施。再结合22#煤层透吸性差的特点，经过多次施工总结优化本层钻孔设计。

（一）设计60m均匀布置区域防突措施钻孔抽采技术

1.控制范围：11227运输巷迎头区域防突措施采取顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯，抽采钻孔控制掘进巷道前方60m，运输巷侧、右侧各20m。

2.钻孔个数、间距和直径：在控制范围内共设计施工21个钻孔，钻孔均匀布置，钻孔间距为4.6m～8.0m，钻孔直径为75mm。

3.使用ZYD-750型钻机施工钻孔，钻孔直径为75mm，采用高压水作为排渣介质，2018年10月25日至2018年11月3日在11227运输巷施工区域防突措施钻孔，实际施工区域防突措施钻孔47个，合计施工工程量3104.52m。

4.抽采效果及日常管理：①封孔：钻孔施工完毕之后，采用玛淋散封孔，顺层钻孔封孔不少于8m;②钻孔负压：钻孔的孔口抽放负压不小于13kpa，并保持负压稳定。③.11227运输巷22#煤层采用瓦斯抽采型号：2BE3-2BY4·315KW，抽采管径8寸，管路长度268m，抽采系统满足要求，通过现场检查抽采系统无积水、漏气等现象，④抽采瓦斯量：在11227运输巷安装管道计量后，通风区监测队必须对井下管道计量值与实测值进行对比校正，根据人工测定及井下瓦期管路监测系统提供数据得知，⑤2018年10月27日至2018年11月15日，11227运输巷22#煤层掘进区域内总计抽采瓦斯18340.83m3，经现场考察计算单孔平均瓦斯抽放量为28.8m3/天。

5.结果分析：①钻孔有效覆盖11227运输巷掘进巷道轮廓线左侧20m，右侧20m，巷道掘进前方43m，区域钻孔孔间距最大为6.8m，最小0.2m;有效抽放范围斜面积2523㎡;控制煤量为18127.2t，有效覆盖整个评价区域。②施工区域防突措施钻孔有效控制评价范围内煤层瓦斯储量为24573.26m3，抽采量为11303.7m3，抽采率为46%;经测定巷道掘进区域内22#煤层残余瓦斯含量最大值为6.8924m3/t;間接计算煤层残余瓦斯含量为4.7875m3/t。③在施工区域防突措施钻孔及区域措施效果检验过程中均未出现喷孔、顶钻、卡钻等异常现象。因此，根据以上指标可判定11227运输巷本循环掘进区域内已消除消突危险。④在掘进期间实测K1值在0.16—0.32范围;炮后瓦斯在0.21%—0.63%范围。

（二）采用大孔径密集长钻孔区域防突技术

1.控制范围：11227运输巷迎头区域防突措施采取顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯，抽采钻孔控制掘进巷道前方120m，运输巷沿煤层走向左侧、右侧各20m。

2.钻孔个数、间距和直径：在控制范围内共设计施工31个钻孔，钻孔主要控制巷道那内及左右两帮3m，解决巷道在掘进期间煤体垮落瓦斯增大，钻孔间距为1.0m～5.1m。

3.使用4000L大型钻机施工钻孔，钻孔直径为94mm，采用高压水作为排渣介质，2019年3月4日至2019年3月21日在11227运输巷施工区域防突措施钻孔，实际施工区域防突措施钻孔54个，合计工程量4034.64m。

4.抽采效果及日常管理：①封孔：钻孔施工完毕之后，采用囊袋封孔，顺层钻孔封孔不少于8m;②钻孔负压：钻孔的孔口抽放负压不小于13kpa，并保持负压稳定。③.11227运输巷22#煤层采用瓦斯抽采型号：2BE3-2BY4·315KW，抽采管径8寸，管路长度315m，抽采系统满足要求，通过现场检查抽采系统无积水、漏气等现象，④抽采瓦斯量：在11227运输巷安装管道计量后，通风区监测队必须对井下管道计量值与实测值进行对比校正，根据人工测定及井下瓦期管路监测系统提供数据得知，从2019年3月6日至2019年4月13日，11227运输巷22#煤层掘进区域内总计抽采瓦斯106084.41m3，经现场考察及计算单孔瓦斯抽放量为86.9m3/天。

5.结果分析：①钻孔有效覆盖11227运输巷掘进巷道轮廓线左侧20m，右侧20m，巷道掘进前方91m，区域钻孔孔间距最大为5.1m，最小0.3m;有效抽放范围斜面积8632㎡，控制煤量为18127.2t，有效覆盖整个评价区域。②区域防突措施钻孔有效控制评价范围内煤层瓦斯储量为176553.49m3，抽采量为106084.41m3，抽采率为60.09%。经测定巷道掘进区域内22#煤层残余瓦斯含量最大值为6.3377m3/t;间接计算煤层残余瓦斯含量为3.8875m3/t。③在施工区域防突措施钻孔及区域措施效果检验过程中均未出现喷孔、顶钻、卡钻等异常现象。因此，根据以上指标可判定11227运输巷本循环掘进区域内已消除消突危险。④在掘进期间实测K1值在