「雙重接替」順層鑽孔全孔深護孔技術研究

２０１４年第９期中州煤炭總第２２５期

程洪亮，劉松，任大偉，程旗生

（鄭煤集團公司超化煤礦，河南新密

４５２３７０）

摘要：鄭州礦區三軟煤層透氣性差，順層鑽孔護孔困難，加之受封孔材料和封孔工藝限制，封孔深度較淺，不

能有效對煤層瓦斯進行均勻抽採。通過對鄭州礦區三軟煤層開展鑽孔封孔技術及工藝的調查與分析，探索試驗「雙重接替」順層鑽孔深孔封孔工藝技術，對提高瓦斯抽放濃度及效率具有重要意義。關鍵詞：

雙重接替；封孔工藝；瓦斯抽採中圖分類號：ｔｄ７１２．６

文獻標誌碼：ｂ

文章編號

鬆軟煤層在地應力及瓦斯壓力共同作用下，抽

放鑽孔容易塌孔，嚴重制約著鑽進深度和護孑ｌ深度

採難度較高，順層鑽孔靠近工作面中部的煤體預抽

效果差。以前對工作面消突主要採用單一的將　５０ｍｍ雙抗管下入煤層進行瓦斯抽放。由於煤層鬆軟，鑽孔拔桿後塌孔現象較多，造成下管深度一般不超過６０　ｍ；同時，由於下管過程隨時都會因為孔內浮煤阻擋而停止，很容易出現因沒有下夠設計長度，

的提高。煤層瓦斯抽放鑽孔的封孔長短和質量，直接影響著瓦斯抽放效果的好壞。因此，在實際操作

過程中，封孔工藝應滿足封深孔的要求，且密封性

好，操作方便，速度快，材料省。

１「雙重接替」順層鑽孔全孔深護孔工藝

超化煤礦主採的二煤層屬三軟不穩定煤層，順層鑽孑ｌ在施工過程中極易出現塌孔，從而嚴重影

造成無法注漿封孔，致使整個鑽孔報廢。

為了解決這個問題，採用「雙重接替」封孔工藝，即：先將６根　５０　ｍｍ雙抗實管下入孔內，在這

５０　ｍｍ雙抗實管間下注漿管和返漿管，在　５０

ｍｍ雙抗實管兩端各用馬麗散封孑ｌ劑封堵；接下來用　３２　ｍｍ雙抗花管（帶堵頭）順　５０　ｍｍ雙抗實管下至孔底（雙抗管中間用接頭連好），最後用注漿幫浦注漿封孔。這樣選擇既保證了下管過程中花管與實管的接替，又保證了抽放過程中護孔與封孔的接

響鑽孑ｌ使用效率。因此，高效護孑ｌ、保證鑽孔完好時間是保證抽放效果的必備條件。傳統封孔採用　５０

ｍｍ雙抗管封孔，而「雙重接替」封孔工藝採取（２ｊ５０

ｍｍ雙抗管和　３２　ｍｍ雙抗管聯合封孔，因封孔管

直徑小１８　ｍｍ，可保證鑽孔封孔長度更長。１．１護孔工藝選擇

替，使各項工藝達到了完美結合，大大提高鑽孑ｌ利用率的同時，也使得鑽孔抽放效果得到了提高。

１．２鑽孔直徑的選擇

順層長鑽孔抽放瓦斯作為工作面煤層治理瓦斯的措施，對於防治採煤工作面煤與瓦斯突出、降低回採過程中的瓦斯湧出量，大幅度減少回採中的區域性

防突工作量以及加快回採速度是非常必要的　。順層鑽孔的護孑ｌ長度是保證鑽孑ｌ有效抽放的先決條件，如果鑽孔長度不足，鑽孔塌孔後就將失去抽放作

對於鬆軟突出煤層，由於受煤層起伏、地質構

造、煤層瓦斯、煤層厚度的影響，在鑽孔施工過程中

往往不能保證鑽孔的封孔深度。因此，鑽頭的合理

選型對提高鑽進速度、封孑ｌ長度，保證封孔效果起著

用，進而使整個區域防突抽放措施失效。

採用合適的順層長鑽孑ｌ護孑ｌ工藝，使順層鑽孔護孔長度達到預定要求，是解決高瓦斯煤層開採過程中瓦斯湧出的主要技術途徑　。超化煤礦開採的二煤屬三軟不穩定地質條件下的煤層，瓦斯抽

收稿日期

作者簡介：程洪亮（１９７２一），男，河南漯河人，助理工程師，１９９４年

重要作用。順層鑽孑ｌ施工所使用的鑽頭一般有

和（２ｊ７５　ｍｍ四種型

號，採用（２ｊ１１３　ｍｍ以上鑽頭形成的鑽孔塌孔時間在４５　ｍｉｎ左右，（２ｊ９４　ｍｍ鑽頭形成的鑽孔塌孔時間在９０　ｍｉｎ左右，（２ｊ７５　ｍｍ鑽頭形成的鑽孔塌孔時間在

２　ｈ左右　。當鑽孑ｌ拔桿後到下管一般需３０　ｍｉｎ左右，因此以上鑽頭無法滿足下管的需要，而採用（２ｊ７５　ｍｍ的鑽頭，因鑽孑ｌ直徑較小，鑽孔形成

畢業於焦作礦業學院，現從事瓦斯治理工作。

５９２０１４年第９期中州煤炭總第２２５期

的煤層縫隙相對較小，不利於鑽孔的瓦斯抽放　。。

接替」封孔工藝（外段１８　ｍ下（２ｊ５０　ｍｍ雙抗實管＋裡段６２　ｍ下　３２　ｍｍ雙抗花管）如圖２所示。

採用　９４　ｍｍ鑽頭形成乙個較大煤孔，當　３２

ｍｍ雙抗管下入孔內時，隨著鑽孔逐漸塌孑ｌ，在雙抗管周圍形成了１個較大的卸壓帶，有效對鑽孔周邊積聚的瓦斯進行抽放　。因此，順層鑽孑ｌ選擇　９４

ｍｍ鑽頭為宜。

１．３護孔管的選擇

在採用　９４　ｍｍ鑽頭形成的鑽孔中下ｆ２ｊ５０　ｍｍ和　３２　ｍｍ雙抗管，可在鑽孔和雙抗管之間形成一

個直徑為４４　ｍｍ和６２　ｍｍ的煤孔間隙，當煤層周邊來壓時，周邊煤體可在鑽孔和雙抗管之間形成１個

裂隙帶，而（２ｊ３２　ｍｍ雙抗管對鑽孑ｌ塌孔形成的卸壓區域比　５０　ｍｍ雙抗管塌孔形成的卸壓區域大，鑽孔壁周圍煤體鬆動裂隙發展程度較高，鑽孔瓦斯補給量更加平穩，用　９４　ｍｍ鑽頭形成的鑽孔，孔內下３２　ｍｍ雙抗花管比下　５０　ｍｍ雙抗花管與鑽孔形

成空隙直徑大１８　ｍｍ，能使抽放管周邊孔隙率增加２３．１％，隨著孔內孔隙率的增加，有效地對鑽孑ｌ周邊

積聚瓦斯的進行抽放（圖１）。　。

（８）直徑５０ｍｍ（ｂ）直徑３２ｔｏｎｉ

圖１　雙抗花管鑽孔孔隙率示意

２　全孔深護孔和傳統封孔工藝對比分析

２．１試驗地點瓦斯地質情況

３１０４１工作面位於礦井突出危險區內，終採線

向里１５７　ｍ範圍內主要施工層位為二煤層，煤層

走向７５。～８２。，傾向平均煤層傾角

１８。，煤厚最大絕對瓦斯湧出量煤層原始瓦斯含量最大為試驗引數設計

３１採區抽放半徑為３　ｍ，為防止鑽孑ｌ距離較近鑽孔抽放期間抽放效果互相影響］，在３１０４１回風巷上７點外９　ｍ處開始布置１４個鑽孔，間距設計為５ｍ，其中鑽孔設計孔深６０　ｍ，採用傳統封孑ｌ工藝（全孔段下　５０　ｍｍ雙抗管鑽孔設計８０　ｍ，採用「雙重

６０圖２鑽孔布置平面

２．３試驗效果分析

堡蟶蕻舊

鑽孔抽放期間，每天安排專職抽放測量人員對

每個鑽孔的抽放資料進行測量，連續觀察１２０　ｄ以

上，並做好記錄，試驗效果如圖３、圖４所示。

抽採時間／ｄ

圖３兩種封孔工藝條件下鑽孔瓦斯抽採濃度衰減曲線咖１眯

黴糠皿抽採時間，ｄ

圖４兩種封孔工藝條件下鑽孔瓦斯抽採量衰減曲線

（１）單孔抽採瓦斯濃度的比較。在抽採負壓相同條件下，單孔瓦斯抽採濃度降到５％時，鑽孔抽採時間較傳統封孑ｌ工藝延長４８　ｄ，使順層鑽孑ｌ有效預

抽期由原來的２．５個月提高到４個月。

（２）單孔抽採瓦斯量的比較。在抽採負壓相同條件下對２種護孔工藝鑽孔瓦斯抽採量進行比較，當採用　５０　ｍｍ管護孔６０　ｍ，５０　ｄ單孔平均瓦斯抽採量為８２４　ｍ　，採用（２ｊ３２　ｍｍ管封孑單

２０１４年第９期程洪亮，等：「雙重接替」順層鑽孔全孔深護孔技術研究總第２２５期

孔平均瓦斯抽採量為１１０７　ｍ　。在有效抽採期內（單孔濃度降到５％以下），採用全孔深護孑ｌ封孔技術的鑽孔單孔瓦斯抽放量增加了４８０　ｍ　，相對增加

了５８％。

標ｓ小於小於效檢指標不

超標，保障了礦井安全生產，工作面的原煤產量也達

到了預期要求，取得了良好的經濟和社會效益。

４　結語

有效增加護孔深度是提高鑽孔瓦斯抽放量的關

鍵。但在試驗過程中發現，採用　３２　ｍｍ雙抗管護孔過程中，鑽孔塌孔形成的卸壓區域較大，鑽孔壁周

３　「雙重接替」封孔工藝推廣及應用效果

３１０４１工作面自上７點裡１５　ｍ至終採線的１５７ｍ範圍內主要施工層位為二。煤層，因工作面前方煤層較厚、瓦斯含量較高，為了有效降低回採期間工

作面瓦斯湧出量，在３１０４１回風巷和膠帶運輸巷此區域內施工順層鑽孔，鑽孔間距３　ｍ，設計孔深８０ｍ，布置鑽孔１０６組共１０６個鑽孔，並採用「雙重接

圍煤體鬆動裂隙發展程度較高，鑽孑ｌ瓦斯補給量比較平穩，使得鑽孔瓦斯流量及濃度在相同負壓條件

下，鑽孔抽放階段的流量衰減曲線比較平緩。所以，

採用　３２　ｍｍ聚氯乙烯管護孑ｌ不但增加了護孔深

度，同時也增大了鑽孔的卸壓空間，兩者均對瓦斯抽

替」封孔工藝對前方煤層區域瓦斯進行抽放。鑽孔

實際平面布置如圖５所示。

採起到十分重要的作用。

參考文獻：

張鐵崗．礦井瓦斯綜合治理技術［ｍ］．北京：煤炭工業出版社，

２００１．

［２］程遠平，俞啟香．中國煤炭區域性瓦斯治理技術發展［ｊ］．採礦

與安全工程學報

［３］朱貴旺，盧平．煤礦區域性煤與瓦斯突出治理技術應用［ｊ］．煤

炭工程［４］於不凡，王佑安．煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊［ｍ］．北

京：煤炭工業出版社，２０００．

［５］李德洋，張興華，呂慶剛．高產高效工作面瓦斯湧出規律及防

圖５３１０４１回風巷和膠帶運輸巷鑽孔布置平面

治方法［ｊ］．礦業安全與環保

［６］孫榮軍．順煤層長鑽孔定向鑽進工藝技術開發研究［ｒ］．西

在３１０４１回風巷和膠帶運輸巷施工的順層鑽孔採用「雙重接替」封孔工藝，護孔平均孔深８１ｍ，最

安：煤科總院西安分院，２００１．

［７］林柏泉．影響煤層瓦斯抽放的因素及其分析［ｊ］．煤礦安全，

深８５　ｍ，且施工過程中未出現瓦斯超限事故。經過「雙重接替」封孔工藝的順層鑽孔，單孔瓦斯抽放濃度３５％一８０％，工作回採期間，動壓區單孔瓦斯抽

放濃度４５％一９２％，回風巷主管抽放濃度９．５％～

［８］林柏泉，張仁貴．鑽孔周圍煤體中瓦斯流動的理論分析［ｊ］．煤

炭工程師

［９］蘇利軍．深部煤層瓦斯賦存規律及鑽孔抽採有效半徑研究

［ｊ］．安徽建築工業學院學報：自然科學版

［１ｏ］陳建偉．鬆軟煤層回採工作面前方煤體應力分布及位移變化

１３．６％，抽放混合流量運輸巷主管抽放濃度抽放混合流量４．５～

工作面回採期間，平均日產原煤２　２５０

特徵［ｄ］．焦作：河南理工大學，２０１０．

李朋宇．順層鑽孔抽放半徑測定技術研究與應用［ｊ］．中州煤炭

ｔ，最高日產原煤３　２００　ｔ，回採過程中工作面絕對瓦

斯湧出量小於未發生回風流瓦斯超限、煤與瓦斯突出和煤層自然發火事故，突出**指

［１２］楊大偉，邦忠勝，徐海龍．長鑽　ｌ施工的幾點體會［ｊ］．江西煤

炭科技（責任編輯：劉光雨）

京：煤炭工業出版社．２０００．

（上接第５５頁）

［８］許太山．高瓦斯礦井綜合瓦斯抽採技術實踐［ｊ］．煤炭科學技

術單廣軍，秦金輝．採空區埋管抽採瓦斯治理效果研究［ｊ］．中州

煤炭［９］林柏泉，張建國．礦井瓦斯抽採理論與技術［ｍ］．徐州：中國礦

業大學出版社，１９９６．

［１２］****生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局．煤礦安全

規程［ｍ］．北京：煤炭工業出版社，２００５．

［１０］於不凡，王佑安．煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊［ｍ］．北

（責任編輯：劉光雨）－６１

「雙重接替」順層鑽孔全孔深護孔技術研究

順層鑽孔施工安全技術措施

1502上切眼施工順層卸壓鑽孔安全技術措施

順層鑽孔預抽煤巷掘進條帶瓦斯區域措施標準

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