洛阳义安矿业有限公司 河南洛阳 471000
摘要：义安矿为了解决11070顶抽巷下向穿层抽采钻孔孔内积水、积煤及沉积物无法及时排出孔外的问题，结合本矿实际情况，经过研讨论证，提出了一种下向穿层钻孔排渣排水技术，采用压水排渣、压风排水的循环作业方式解决钻孔积渣积水，通过现场的实践应用，该技术应用效果良好，能够有效解决孔内积水、积煤的问题。
关键词：顶抽巷；下向钻孔；积水积煤；排渣排水
0前言
我国大部分煤层赋存条件复杂，易诱发矿井瓦斯灾害事故，严重制约煤矿安全高效生产。为消除煤与瓦斯突出隐患，矿井通常采用在煤层中打钻孔（孔深 30~80 m，孔径 50~80 mm）预抽瓦斯。但由于施工工艺、煤层水文地质条件及含水率等自然因素影响，俯角钻孔中一般会积存大量的水和煤渣[1]。针对矿井瓦斯抽放俯孔排水排渣问题，目前国内外研究还是空白[2-3]。因此，如何有效地排出瓦斯抽放孔中积存的水和煤渣成为高效抽采瓦斯的关键问题。
义安矿为解决11070工作面顶抽巷下向穿层抽采钻孔孔内堵塞的问题，结合水力排渣、静压排水、气举及置换排水等工艺，采用循环作业的方式，确保抽采管下送合理深度，研发下向穿层钻孔排水排渣工艺及装备，实现下向孔排水排渣的顺利进行。
1工作面概况
二111070工作面位于义安矿一水平11采区东侧，东至F29断层保护煤柱，西至11采区回风大巷，该工作面上部、下部均未开采，主采二1煤层，可采储量99.8万吨。根据在二111070工作面中间底板巷专回揭煤区域及二111070下巷顶抽巷实际测定二1煤层原始瓦斯含量为2.82～7.57m3/t，实测二1煤层原始瓦斯压力为0.12～0.95MPa。煤的坚固性系数f=0.14～0.46，瓦斯放散初速度ΔP=27。
2下向穿层钻孔排水排渣技术
由于11070工作面采用顶抽巷下向穿层钻孔的抽采工艺并受到煤层水文地质条件及含水率等自然因素影响，俯角钻孔中会积存大量的水和煤渣。而且钻孔深度深且孔径小，无法找到有效的办法将孔中积存的水和渣排出，阻塞煤层中瓦斯流动的孔隙裂隙通道，瓦斯抽放效果受到严重影响[5]。在煤质松软煤层中，钻孔中积水长时间浸泡孔壁煤体将会导致钻孔坍塌，进而导致出现瓦斯抽采空白带，使煤矿生产存在很大安全隐患。
为了解决二111070顶抽巷下向穿层抽采钻孔孔内积水、积煤及沉积物无法及时排出孔外的问题，并结合实际情况，提出了水力排渣、压风排水下向穿层钻孔排渣排水技术。
2.1排渣用水流量及水压计算
根据分析计算出工作液流速为1.3m/s时，能带动8mm的煤屑颗粒以1m/s的速度上返。抽采管（上返环空管）内径32mm，内管外径为16mm，需要供水量47L/min，若想实现四孔联合排渣，所需供水量不低于188L/min，水压不低于2MPa。
2.2排水供风压力及风量计算
在下行钻孔排水的过程中，压缩空气的流动以及所排出的积水、消耗的能量均由空气的压力能量来补偿。排出钻孔内的积水压力损失分为两部分：一是孔内的积水排到孔外克服重力所做的功及其获得的速度；二是压缩空气、积水与管道壁、煤壁之间的摩擦力和流动过程中的局部阻力等造成的能量损失[6-7]。
计算得当抽采孔垂直深度为16m时，所需供风压力为0.3MPa。考虑沿程阻力损失和不同孔深的影响，将供风压力设定为0.5MPa。
3实际应用及效果分析
3.1应用方案
对每一个抽采点安装一套排水排渣装置，每一个装置上有一个气控抽采阀，一个气控渣浆阀，以四个抽采点为一个工作组，每一个工作组单元共用一个气控给水控制阀、一个气控压风控制阀，一个总控阀组。该工艺中的控制阀，均采用气控阀门，不用电，解决了井下危险气体环境的安全问题。
3.2效果分析
方案确定后，针对11070下顶抽巷2013孔进行排渣应用实践，2013孔排渣总时长为33min，前11min、中间12min、后10min排渣量分别为5.2kg、5.1kg、2.3kg，排渣作业时水流量约为4.32m3/h。
方案确定后，针对11070下顶抽巷2013孔进行排水排渣应用实践，第一次排水20min，出水量较小，测得浓度3%；第二次排水20min，出水不多，有渣，浓度为0；第三次排水15分钟，30秒转为水雾，孔口浓度70%；第四次排水20分钟，浓度12%；第五次排水10分钟，20秒转为水雾，浓度10%；第六次排水10分钟，浓度为20%；第七次排水4分钟，浓度为0。8月20日，第一次排水30分钟，水小，有渣，最大1公分左右，测得浓度20%，8分钟后降为4.6%；第二次排水20分钟，水小有渣，测得浓度22%；第三次排水20分钟，水较少，测得浓度30%，10分钟后降为10%；四次排水20分钟，测得浓度20%，13分钟后降到4%。8月23日，第一次排水30分钟，20013出水小；3分钟后第次排水8分钟，测得孔口浓度为8%；第三次排水10分钟，开始时大量出水，2分钟后出水水变小，测得孔口浓度40%；第四次排水10分钟，开始时大量出水，30秒后减小，测得孔口浓度37%；第五次排水20分钟，测得孔口浓度45%。
现场实践效果表明，注水流量在50L/min左右时，能有效排出粒径为8-10mm的煤渣，有效解决孔底煤渣堵塞的问题。在供风压力为0.5MPa时，能有效排出下向孔孔底积水，排水时长2-30min，排水时长与孔底水量和补给水源密切相关。下向穿层钻孔实施排水排渣工艺后，瓦斯浓度从0%提升至45%左右，持续时间约1.5h左右，持续时间与补给水源密切相关。
4结语
下向穿层钻孔排水排渣技术应用后，钻孔瓦斯浓度从0%提升至45%左右，提升了瓦斯抽采浓度，避免了因施工的下向穿层钻孔瓦斯抽采浓度低，抽采率不达标，导致重新施工底抽巷进行打钻，11070上巷底抽巷1098m，11070下巷底抽巷1098m，11070切眼底抽巷184m，共计2308m，每米单价为1.28万元，共计2954.24万元，为11070工作面提前掘进及回采奠定了良好的基础。
参考文献：
[1]曹阳，刘东，李海江.煤矿下向孔孔底积水排放技术应用[J].煤炭技术，2021，02（023）：82-84.
[2]雷贺，贺正茂.刘庄煤矿西一轨道石门俯角孔穿层钻孔排水技术应用[J].河南科技，2020，06（017）：82-84.
[3]孟战成.下行瓦斯抽采穿层钻孔排水技术及装置研究与应用[J].中国煤炭，2019，09（009）：51-58.
[4]王栓林，赵晶.下向钻孔堵水工艺及瓦斯抽采技术研究[J].中国煤炭，2019，01（023）：129-132.
[5]葛新玉.下向抽采钻孔压抽技术及效果考察[J].科技经济导刊，2018，26（29）：62.
[6]陈虎，陈龙.含水煤层下行钻孔瓦斯压力观测系统[J].内蒙古煤炭经济，2019，10（030）：120+121.
[7]赵永刚.8101工作面俯孔排水排渣工艺应用[J].煤，2014，06（23）：49-50.