杨守坤
云南能投威信煤炭有限公司 657999
摘要：为解决观音山煤矿一井C5煤层透气性较差，抽采效果较差问题，从增加钻孔煤体暴露面积、改变煤体应力特性、提高煤层透气性等角度出发，开展水力扩孔试验，从试验结果来看，扩孔钻孔在煤体卸压、瓦斯自排及抽采等方面，大幅优于普通钻孔，证明了水力扩孔工艺在观音山煤矿的适用性。
关键词：增透；扩孔；抽采浓度；抽采纯量；煤体卸压
1项目实施方案
1.1试验地点概况
本次水力扩孔试验选择在106瓦斯抽采巷进行，该巷道主要服务于W1103运输顺槽掘进影响区域的瓦斯治理工作。
目前，W1103运输顺槽仅完成了石门揭煤工作，尚未开始掘进，其位于W1101工作面北侧，方位约264o，设计长度约900m，标高约+995m，埋深约355m~530m。106瓦斯抽采巷已经掘进完成，其位于W1103运输顺槽南侧，长度约900m，方位约264o，标高约+985m，埋深约365m~540m，与W1103运输顺槽保持约23m的水平投影距离。
1.2技术工艺
在已施工的穿层抽放钻孔中，利用钻机带动高压钻杆及扩孔钻头旋转，储水箱高压水经高压胶管、高压旋转水尾、高压钻杆及扩孔钻高低压转换器上喷嘴对钻孔煤壁进行打击、切割或剥离，通过高压扩孔钻杆沿钻孔轴向方向运动形成对整个钻孔的径向连续扩孔，达到扩大钻孔直径，增加煤层暴露面积和钻孔径向卸压范围目的，从而提高煤层的透气性和瓦斯抽采效果，进一步降低煤层瓦斯压力，同时煤层润湿后，煤体弹性减少，煤体卸压、瓦斯放散初速度降低，以有利于防治煤与瓦斯突出。
1.3技术方案
1.3.1钻孔施工及设计
本次试验拟定选用ZYW-4000型钻机，设计布置1组试验钻孔、1组对比钻孔。为避免试验孔与对比孔之间的影响，两组钻孔至少保证20m间距。试验组总扩孔钻孔不少于18个：共计3列，每列6孔，终孔间距暂按7m设计，钻孔孔径为Φ113mm。试验组钻孔施工过程中，考察扩孔、埋管、封孔、连抽等工艺及参数。对比组钻孔布置3列，每列6孔，终孔间距暂按7m设计，钻孔孔径为Φ113mm。
1.3.2封孔工艺
封孔工艺拟定为“两堵一注”或“一堵一注”，封孔材料暂定为“聚氨酯+水泥砂浆”。设计在钻孔岩石段全程埋Φ50mm实管，煤孔段埋Φ50mm筛管，封孔至煤岩结合处。煤孔段下筛管时，筛管长度要大于煤厚2米。在筛管与实管连接处以下2米及在孔口以里2m，使用聚氨酯封孔剂封堵。
1.3.3连抽工艺
为保证本次水力扩孔试验的抽采效果考察工作顺利完成，需要对扩孔钻孔、普通钻孔的单列汇流管及抽采支管分别进行抽采参数测定。因此，需要在每列汇流管上安装孔板计量装置，同时需要在扩孔钻孔、普通钻孔的支管汇总处，安装在线计量装置及孔板。
1.3.4抽采计量
采用“在线计量+人工计量”相结合的方式，进行抽采参数测定工作。
在线计量采用KJ95X型在线监控系统。
人工计量采用YDC4型气体流量计、高浓度光学瓦检仪等装置，结合管路孔板，测定单孔抽采浓度等参数，测定每列钻孔汇流管温度、负压等参数，测定扩孔钻孔、普通钻孔汇总抽采支管浓度、流量等参数。
1.4试验效果考察
1.4.1扩孔排屑量统计
在钻孔施工中，利用钻渣装袋，堆砌1.5m×2m×1m的沉淀过滤池。首个钻孔扩孔过程中，将扩孔排渣引入沉淀过滤池内。待其滤干至一定程度后，采集一定体积煤样，送至矿井煤质化验实验室。将定体积煤样烘干后，测定其重量。最后，根据煤样干重、取样体积折算出滤干煤样的密度，进而指导现场计量。计量方法：选取合适位置，堆砌沉淀过滤池，将钻孔施工排出的水、渣引入过滤池，待其沉淀滤干后测量体积，进而折算扩孔出煤量。对试验孔进行扩孔试验后，统计每个扩孔钻孔的排屑量；对比孔在施工结束后，统计每个钻孔在施工过程中排出煤屑量。
1.4.2瓦斯抽采效果考察
瓦斯抽采效果，可以直观的反应扩孔对煤体的卸压增透作用，统计试验孔与对比孔的日抽采量及抽采浓度，即可表征试验孔与对比孔的钻孔瓦斯抽采难易程度。对比孔在钻孔施工完成后立即封孔联抽，试验孔在扩孔完成后进行封孔联抽，抽采过程中测定相关抽采参数。
1.4.3残余瓦斯含量测定
抽采30天、60天后，在钻孔有效控制范围内，选取合理位置，施工钻孔测定煤层残余瓦斯含量。
2项目实施过程
2019.5.10~2019.5.18，完成项目前期筹备工作，包括试验装备入场、检修、调试，抽采管路安装等；
2019.5.19~2019.5.22，完成对普1、普2、普3列对比组常规钻孔的施工、封孔及连抽工作，并逐步开展相应的抽采参数测定工作；
2019.5.25~2019.6.2，完成扩1、扩2、扩3列试验扩孔钻孔的施工、扩孔、封孔及连抽工作，并逐步开展先攻的抽采参数测定工作；
2019.6.8~2019.6.15，鉴于扩孔钻孔抽采效果理想、普通钻孔抽采效果极差的情况，为排除常规钻孔扩孔外的其他因素影响，矿方组织了普通钻孔工艺及效果追查、分析及整改，并自行补充施工了普补1列、扩4列钻孔；
2019.7.21~2019.7.28，完成实验区域抽采满60日的残余瓦斯含量测定工作；
2019.6.2~2019.7.31，完成试验组、对比组钻孔的日常维护、抽采参数的跟踪测定等工作；
2019.8.31~2019.9.5，完成实验区域抽采满90日的残余瓦斯含量测定工作。
水力冲孔试验钻孔施工结束后，后期在一井106底抽巷独立开展水力冲孔，共施工了598个孔，其中112个钻孔进行了水力冲孔。
3实施效果
本次试验研究中，扩孔钻孔单孔出煤量约1.82t~6.72t，平均每米出煤量约0.45t/m～1.48t/m，平均约0.82t/m，
扩孔后将在煤体中形成大直径孔洞，若按标准圆柱体估算，则扩孔后孔径约0.62m～1.12m，平均约0.82m。孔洞将对周边煤体大幅度卸压。
普通钻孔瓦斯自排梯度约7.88L/min～15.32L/min；扩孔后瓦斯自排梯度约32.07L/min～195.07L/min，扩孔工艺对于钻孔瓦斯自排能力提高约2.1～24.8倍。
扩孔工艺能提高煤体透气性，延长煤体高效抽采期：普通钻孔抽采40～50日后，单孔浓度普遍出现了明显的下降趋势，扩孔钻孔钻孔在抽采60日后，未出现明显的下降趋势。
扩孔工艺能提高单孔抽采浓度，尤其在具含水层、煤体破碎等异常区域，普通钻孔平均单孔浓度低于10%的情况下，扩孔钻孔平均单孔浓度能达到50%以上。
扩孔工艺能提高钻孔抽采混量，扩孔钻孔混合流量约普通钻孔的1.4~2.8倍。
抽采60日时，扩孔钻孔控制区域瓦斯含量比普通钻孔控制区域低2.93m3/t；抽采约90日时，扩孔钻孔控制区域比普通钻孔控制区域低3.81m3/t。
4结论及建议
在后续扩孔作业中，需加强以下几个方面的探索。
(1)本次试验仅初步验证了高压水力扩孔工艺在观音山煤矿的适用性及必要性，水力扩孔工艺优化、水力扩孔影响半径等方面尚需进一步立项研究。
(2)扩孔作业过程中，极易引发大幅度的喷孔卸压情况，在工艺摸索中需加强防喷孔装置的改进与优化。
(3)扩孔工艺提高了瓦斯自排及抽采效率，有利于矿井瓦斯治理工作，但遗留孔洞、应力变化、顶底板软化等情况也将对采掘工作产生一定的影响，需在后续工作中摸索出应对及解决方案。
参考文献
[1]陈珂, 程磊. 穿层钻孔水力冲孔消突技术应用研究[J]. 现代矿业, 2016(10).
[2]李君. 高压水力压裂技术在瓦斯综合治理中的研究[J]. 工业c, 2016(20).