矿井瓦斯【高突矿井水力冲孔在瓦斯治理中的研究】
摘 要:通过对高突矿井的底板抽放巷进行不断优化设计，积极进行实践试验，针对无解放层可采的煤层，由于未揭开煤层，煤层没有任何卸压，透气性更低，需要耗费大量时间和工程量抽放，消突效果不佳，水力冲孔措施利用岩石巷道为安全屏障，采用水力作用冲出部分煤体和瓦斯，具有较好的卸压增透效果，可有效提高抽放效果，实现安全快速区域消突。
关键词:水力冲孔 防突 布置 瓦斯治理
一、矿井基本概况
该矿井井田位于平顶山矿区李口向斜北翼东段，主体构造为白石山背斜，设计年生产能力240万吨，采用一对立井开拓方式，主采煤层为戊组煤层和己组煤层，通风方式为中央分列抽出式，煤层倾角8～10�埃翰愫穸?～8m。
二、水力冲孔防突措施井下研究
（一）水力冲孔钻孔设计
1．机巷抽采巷布置
在煤层底板平行工作面机巷，与机巷中线对中线上下布置，与煤层下界垂距为10m，在抽采巷内向煤巷掘进工作面煤体进行水力冲孔措施实施，通过水力冲孔后，封孔并网抽采。
2．机巷抽采巷穿层水力冲孔钻孔设计
（1）水力冲孔基本原理
充分利用水力冲孔防突技术中的冲孔技术，利用钻机退钻的过程，带动安装在水力冲孔钻头的三个喷嘴转动冲出大量煤体，为煤体膨胀变形提供了充分的空间，周围煤体在地应力作用下发生了膨胀变形，使地应力向四周移动，即起到局部卸压作用；不但冲孔期间排放大量瓦斯，而且由于煤体的膨胀变形，增加了煤层的透气性，扩大了排放瓦斯影响范围，提高了抽排效率，有效地降低煤层瓦斯含量；湿润煤体，使煤体减少脆性，增加了煤体塑性，降低煤体弹性势能。
（2）水力冲孔钻孔设计
在保证抽采钻孔防突效果的条件下，对钻孔设计参数进行修改，以达到减少工程量，加快工程进度。因此进行高压水力冲孔措施钻孔布置为：沿巷道走向每隔5m布置一组钻孔，每组钻孔数量为7个，其终孔位置控制到煤层顶板，并控制到煤巷掘进工作面两帮各15m。
抽采巷（机巷）水力冲孔穿层钻孔俯视图
抽采巷（机巷）水力冲孔穿层钻孔布置图
3．穿层水力冲孔钻孔施工
（1）现场施工时，先利用岩石钻头进行岩石段的钻孔打钻，当钻孔成孔后，退出钻杆换上水力冲孔密封钻杆和冲孔钻头，当钻杆推进到见煤位置时，去掉钻杆上的静压水管，换成高压水管连接到钻机上，打开高压注水泵缓慢升高压力，向冲孔位置输送高压水；
（2）打开钻场外高压控制阀门向钻孔供水，水压缓慢升高，冲孔水压5～8MPa较为合适，冲孔用时应控制在100～150min；
（3）开始冲煤孔第1根钻杆时，应缓慢推进，并保持较长时间（30分钟），直至钻孔排水顺畅，水色较清，无明显煤（岩）粉冲出时，再装下一个钻杆；
（4）在冲孔过程中，以保持水流正常为准。若发现钻孔不出水，要立即停止推进，回撤钻杆，并来回推进几次，待水流正常时再缓慢冲孔；
（5）装钻杆时，首先关闭高压水阀门，接着打开卸压阀，待钻杆内水压完全卸载之后（目视卸压阀出水流不急），用棉纱封闭钻杆接头间隙后接杆并拧紧；
（6）每次水力冲孔时，在钻进钻杆时，要保证钻杆清洗一遍，以保证钻杆内部不可以有颗粒状的煤体，冲孔后的钻杆堆放整齐。
（二）现场测试参数分析
为了检验水力冲孔技术治理瓦斯的突出效果，拟采用措施前后瓦斯相关参数定量对比的方法来检验措施的有效性。通过研究选取3个方面参数作为定量比较对象，分别为：冲孔扰动范围、瓦斯抽采量Q、钻孔瓦斯涌出初速度指标（q值）和钻屑量（S值）。
4、瓦斯抽采量对比
实施冲孔措施的一组钻孔中瓦斯抽采流量远远大于未冲孔钻孔瓦斯流量；冲孔钻孔在6-7天时瓦斯能够达到抽采流量峰值，最大瓦斯抽采流量为50.74L/min；相比之下未冲孔的钻孔在9天以后才能达到峰值，且峰值最大为17.7L/min；受冲孔措施影响的钻孔瓦斯抽采流量有明显的增加，有效的提高瓦斯抽采量，提高抽采效率，有效地保证了工作面的顺利快速掘进。
5．瓦斯抽采量对比分析
冲孔钻孔的瓦斯抽采流量远远大于未冲孔钻孔的瓦斯抽采流量，25-2钻孔的最大瓦斯抽采流量为50.74L/min，瓦斯浓度最高为93%，对应的20-2钻孔的最大瓦斯抽采流量仅为12.69L/min；25-6钻孔的最大瓦斯抽采流量为49.1L/min，瓦斯浓度最高为95%，对应的20-4钻孔的最大瓦斯抽采流量为12.47L/min。由上述数据比较分析可知：冲孔钻孔的最大瓦斯抽采流量是未冲孔钻孔的4倍左右。
6．冲孔措施对邻近钻孔的扰动影响
钻孔25-1、25-7的瓦斯抽采流量远远大于对应的未冲孔钻孔的瓦斯抽采流量，25-1钻孔的最大瓦斯抽采流量为38.22L/min，对应的20-1钻孔的最大瓦斯抽采流量仅为17.08L/min；25-7钻孔的最大瓦斯抽采流量为24.2L/min，对应的20-5钻孔的最大瓦斯抽采流量为10.97L/min；由上述数据比较分析可知：两侧均受冲孔措施影响的钻孔最大瓦斯抽采流量是未冲孔钻孔的4倍左右。
7．对比分析
11041机巷掘进工作面在未上水力冲孔防突措施之前，其煤层打钻钻屑量Smax主要在3.5Kg/m上下波动，钻孔瓦斯涌出初速度q波动比较大，主要集中在1.5-3.6L/min之间，两者均具有一定的突出威胁性，此时掘进速度较慢，月进尺30～40m；但经过措施之后，11041机巷打钻钻屑量Smax维系在3.0Kg/m左右，钻孔瓦斯涌出初速度q降至1.0L/min，两工作面的突出威胁性大大降低了，月进尺得到65～75m。由此可见，煤巷掘进工作面经过冲孔措施之后，煤体被扰动卸压，扰动产生的裂隙增加了煤层透气性，加快了煤体中瓦斯的释放速率，有效的提高了煤巷的掘进速度。