安阳鑫龙煤业（集团）龙山煤业有限责任公司
摘要：由于受排水条件、地质条件等因素的影响，大多数煤矿瓦斯抽采效果不理想。为了提高瓦斯矿井区域控制的效果，对底板抽放巷道的排孔、封孔和连续钻孔技术进行了分析和研究，并提出了提高底板抽放效果的技术措施。煤矿的实践证明，瓦斯抽放效果显著，保证了抽放系统的稳定性，进一步保证了矿井生产的安全稳定。
关键词：底板抽放巷；穿层钻孔；封孔工艺；集气箱
1、矿井概况
安阳鑫龙煤业（集团）龙山煤业有限责任公司（以下简称龙山煤矿）于2006年7月由龙山煤矿改制而成。矿井始建于1969年，1978年简易投产，设计生产能力50万吨/年，核定生产能力45万吨/年。
龙山煤矿位于河南省安阳县水冶镇南约6km处，南距鹤壁市17km。井田东起F165断层，西至F303断层，南以煤层露头和老窑开采为界，北部以煤层底板等高线为界。井田走向长3.68km，倾斜宽2.65km，面积5.1388km2。
矿井开采二1煤层，厚度为4～6m，倾角为4°～28°，围岩顶底板岩性为Ⅱ-Ⅲ类；煤尘爆炸指数最高为9.04%，无爆炸危险性；煤自燃倾向性为Ⅲ类，不易自燃；矿井为煤与瓦斯突出矿井，相对瓦斯涌出量为41.31m3/t，绝对瓦斯涌出量24.25m3/min。煤层瓦斯压力为0.67～1.36MPa，煤层原始瓦斯含量为9.68～17 m3/t，煤层透气性系数为0.05～8.36m2/MPa2·d。矿井水文地质条件中等，正常涌水量120m3/h，最大涌水量200m3/h，目前矿井实际涌水量160m3/h。
矿井开拓方式为立斜井综合开拓，有5个井筒（4个斜井和1个立井），开采方式为单水平上下山开采，现开采水平为-220m。
2、底板岩巷穿层钻孔布置
2.1底板抽放巷及抽放钻场布置
21采区2101底板抽放巷布置在距煤层法线垂距20m的煤层底板内，巷道断面采用的是锚网喷支护的规格为4.5m(高)×3.2m(宽)。在2101下底板巷布置1个钻场施工穿层预抽钻孔，具体钻孔工程量如下：
2101下底板巷钻场共设计穿层钻孔234个，孔径75mm，开孔间距为0.5m，设计孔底间距不大于4m，钻孔方位角6～357°，设计孔深20.1～47m，钻孔倾角+20～+87°，设计钻孔工程量7000.4m。
2.2穿层抽放钻孔布置
①钻孔应该穿过煤层全厚遇见顶板为准确，应当在预抽区域内均匀地布置钻孔；应尽可能打大的孔径都以提高抽放瓦斯浓度；钻孔和终孔之间应该实测有效的抽放半径为基础设计：严密的封孔则都以提高抽放效果。②设计方案。服务煤巷，主要是掘进的底板抽放巷内的穿层钻孔的设计及施工。对下底板巷周围煤层瓦斯进行条带区域的预抽，利用已经掘进的抽放钻场打钻，在沿煤层正倾斜方向均匀地布孔。
3提高瓦斯抽放效果的技术措施
3.1实施大直径钻孔从源头上提高瓦斯抽放量
要遵遁“五大一深”抽放模式中的一中原则“大钻孔，开孔的孔径不能低于75mm，”要做到横成排纵成列为封孔后规范的连接，排间距及孔间距为0.5㎜。
3.2封孔工艺改进创新
为了保证瓦斯抽放钻孔封孔效果，设计采用机械封孔工艺，对瓦斯抽放钻孔封孔设备、封孔工艺和方式以及封孔注意事项进行明确。
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（一）注浆设备及材料
1、2ZBQ-9/3型煤矿用气动双液注浆泵一台
2、注浆用高压软管若干。
3、准备长度为2m的 PVC封孔管7根，其中一根为2米花管（孔径为75mm的钻孔使用直径为Φ50mm的PVC封孔管）。
4、聚氨酯、速凝膨胀封孔剂。
5、编织袋。
6、操作及修理工具一套。
（二）封孔工艺
1、封孔深度
穿层钻孔封孔深度不小于12m。
2、封孔段外段
外段封堵在距阀门2米处，捆绑煤矿用封孔袋，并将注浆管一并捆绑在一起。捆绑时要注意胶带缠绕位置位于送管里侧，以确保封孔袋向钻孔孔口方向膨胀。
3、注浆
（1）将注浆泵水平放置，并将其固定在便于封孔作业的适当位置，合理布置（平铺）吸排浆管路，避免管路扭曲、打折、交叉等。
（2）管路连接前先将管口擦拭干净，然后开气将管路内杂物吹尽再进行连接，以保证气源洁净，启动注浆泵，无异常现象，准备注浆。
（3）注浆中要时常观察出浆压力表、各浆液的混合比和活塞的运动速度；
（4）打开风源控制阀门，把封孔浆液注入到钻孔内实现封孔作业。
（5）封孔完毕后立即先关闭机器上风源控制阀，使泵停止工作，并打开泄压阀门，然后推拉几次（四至五次）枪头上手动控制阀门开关，保证枪内无残留料液，最后关闭泄压阀门、合上手动控制阀开关和吸料管阀门并用橡胶堵头堵住吸料管两端，卸去主风管。
（6）待封孔材料凝固20分钟后联抽。
3.3“集气箱”的成功应用
在平行焊接的两个短接头上焊接多个三通接头以连接钻孔是煤矿使用的原始钻孔现场连接方法。如果钻孔中积聚了少量水，管道将被堵塞，孔口处的负压将很低，从而影响气体预抽效果。鉴于这个问题，经过不断的讨论、比较和分析，该矿决定采用排水钻孔现场的“集气箱”。该装置可将钻井泥浆、水和煤岩粉分离，彻底解决排水钻井现场和管道中的积水问题，通过排水孔沉淀后排出气体、积水和异物，确保预抽效果。
(1)操作步骤。在集气箱项部焊接16个连接钻孔的直通，集气箱由钢板焊接而成，长800mm、宽800mm、高1200mm，在短面1侧焊接1个排气口和放水口，箱体一侧焊接1个短节与抽放管路连接抽放，连抽后安设闸阀进行控制，需要进行放水时，关闭钻场阀门，打开放水阀门和排气阀门，放水结束后，操作顺序反之。
(2)作用原理。钻孔在抽放过程中，会产生大量的瓦斯、水和少量的煤岩粉，根据三者物理性质，煤岩粉、水会自动沉积到箱体底部，会产生大量的瓦斯、水和少量的煤岩粉，而瓦斯密度小，漂浮在箱体顶部，在抽放负压的作用下，随抽放系统被抽走，积水和杂物沉淀后通过排水孔排出，形成气、水、物自然分离现象。
(3)连接方式。集气箱与钻孔连接采用钢丝管连接，这种连接方式优点是钢丝弹性性能较好，接口处不再使用传统的铁丝捆绑方式，改为钢丝箍-螺丝固定方式，保证钻孔时常处于紧密封闭状态，能够定期紧固螺丝，可以有效杜绝漏气现象。
(4)效果分析。效果十分显著，通过在21采区2101下底板抽放巷安装集气箱后，保证了抽放系统的稳定，消除了抽放管路积水、连接管接口漏气现象，抽放量明显提高。
3.4钻场管理
集气箱上每个连接管上都焊接有观测孔，以便对单孔、钻场抽放数据异常情况进行观测，每个钻场汇合处均安设1个孔板流量计进行计量，钻场抽放后，实行挂牌管理，分析、采取有效措施进行处理，它最终实现了单孔观测。
4结语
煤矿采用规范钻井设计和施工、增大钻孔直径、增加封孔深度、改进封孔技术、创新连接装置、开发和应用集气箱等科学技术后，排水效果明显提高，钻孔的密封性在从封孔到连接的整个排水过程中处于最佳状态。封孔技术的改进解决了孔漏源的问题，为提高瓦斯抽采浓度奠定了坚实的基础。连接装置的创新消除了孔与管接口处的空气泄漏，确保了排水系统的稳定性。集气箱的开发和应用消除了排水管道积水的问题，具有成本低、操作简单、无故障、可重复使用的优点。
参考文献：
[1]廖国军，王文成，汤阳春. 底板岩巷穿层抽放钻孔施工工艺优化[J]. 中州煤炭，2010(06):100-102.
[2]王鹏，李宁. 底板瓦斯抽放岩巷合理位置及穿层钻孔布置研究[J]. 河南科技，2015(18):60-62.
论文作者:何锋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/20
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