千米钻机在软岩煤层巷道施工抽采钻孔应用

王 杨

（潞安集团余吾煤业有限公司，山西 长治 046100）

1 概述

潞安集团余吾煤业有限公司位于山西长治市屯留县余吾镇，矿井设计生产能力为7.0Mt/a，主采煤层为3#煤层，平均厚度为6.0m。经瓦斯鉴定，余吾矿绝对瓦斯涌出量为32.67m3/min，相对瓦斯涌出量为12.54m3/t，属高瓦斯矿井。

N1206运巷位于井田北风井西翼采区，巷道北接N1205胶顺辅运巷，南接工作面切眼（未掘），东面为N2201胶带顺槽（已掘），西面为N1206工作面。巷道设计长度为950m，巷道断面规格为宽×高=5.4×3.8m，沿3#煤层底板掘进。巷道直接顶为炭质泥岩，平均厚度为4.2m，基本顶为粗砂岩，平均厚度为11.7m，截至目前巷道已掘进76m。

由于3#煤层坚固系数f=0.8，属石炭系软岩煤层，节理发育，煤层透气系数 0.23～2.46m2/(MPa2·d)，煤层瓦斯压力为1.27MPa，掘进区域煤层瓦斯含量为6.7m3/t，瓦斯抽放钻孔流量衰减系数为0.0403～0.0417d-1。为了保证巷道掘进施工安全，余吾煤业有限公司通过布置抽放钻孔进行掘进区域瓦斯预抽。

2 N1206运巷掘进前期瓦斯抽放钻孔布置分析

2.1 掘进前期瓦斯抽放钻孔布置

（1）N1206运巷掘进前期采用型号为ZD Y-3200S型液压钻机进行钻孔施工，工作面共布置两排瓦斯抽放钻孔，每排4个，钻孔深度为120m，钻孔直径为113mm，钻孔间距为1.2m，钻孔排距为1.0m，第一排钻孔距顶板间距为1.5m，上排钻孔与顶板呈3°仰斜布置，两帮钻孔与巷帮呈8°夹角布置，如图1所示。

（2）钻孔施工完后进行煤层瓦斯预抽，每个钻场瓦斯预抽时间不得低于30d，当巷道掘进至距钻孔终孔10m位置时，立即停止掘进并进行下一个循环钻孔施工及瓦斯抽放。

2.2 主要存在的问题

（1）N1206运巷掘进前期每个钻场瓦斯抽放钻孔施工长度为120m，整条巷道需共布置8个钻场，钻孔总长度达10000m，钻孔施工工程量大，施工周期长，施工费用高。

（2）每个钻场瓦斯抽放时间为30d，在瓦斯抽放期间巷道必须停止掘进，从而大大降低了巷道掘进速度，通过对N1206运巷前期掘进进度分析发现，巷道掘进76m共计用时47d，平均掘进速度为1.62m/d。

（3）由于N1206运巷掘进煤层透气系数相对较低，而且传统瓦斯抽放钻孔分布区域有限，在瓦斯抽放期间抽放效率相对较低。N1206运巷在前期掘进期间瓦斯抽放时通过检测发现，每个钻场平均瓦斯抽放率仅为25.6%，瓦斯抽放后巷道掘进时工作面瓦斯浓度在0.8%～1.4%之间，经常出现瓦斯超限断电现象。

（4）由于3#煤层节理发育，传统瓦斯抽放钻孔施工时无法对节理、软岩破碎煤层进行避让，从而造成钻孔成功率低，主要表现在塌孔现象严重。N1206运巷在前期掘进阶段瓦斯抽放钻孔成孔率仅为40%。

图1 N1206运巷掘进前期瓦斯抽放钻孔平、剖面图

3 千米钻机施工抽采钻孔应用分析

潞安集团余吾煤业有限公司通过技术研究，为了提高掘进巷道瓦斯抽放率，保证巷道掘进安全，N1206运巷在后期掘进阶段决定采用千米钻机进行钻孔施工并进行瓦斯抽放，每个钻场抽放时间为90d。

3.1 钻场布置

N1206运巷在80m处共计布置两个瓦斯抽放钻场，巷道上下帮各布置一个（1#、2#），钻场规格为：长×宽×高=8.0×4.0×3.5m，钻场顶板及帮采用锚杆、锚索、金属网进行联合维护。

3.2 钻孔布置

（1）N1206运巷钻场内采用ZDY-6000LD（F）型千米钻机进行钻孔施工，钻孔直径为113mm，1#钻场（上帮）共布置三个钻孔（1#钻孔、2#钻孔、3#钻孔），2#钻场（下帮）共布置两个钻孔（4#钻孔、5#钻孔），钻孔呈直线布置且距底板间距为1.5m，钻孔开口间距为1.0m，钻孔深度为850m，如图2所示。

图2 余吾煤矿N1206运巷千米钻孔平面布置示意图

（2）1#钻孔控制N1206运巷上帮15m，2#钻孔控制上帮10m，3#钻孔控制上帮5m，三钻孔控制巷道掘进方向850m范围，且每个钻孔有两个分支。其中1#孔两分支位于巷道150m、300m处，2#钻孔两分支位于450m、600m处，3#钻孔两分支位于700m、850m处，每个分支长度为150m，控制巷道长度为80m。

（3）4#钻孔控制N1206运巷下帮10m，5#钻孔控制下帮5m，两钻孔控制巷道掘进方向850m范围，且每个钻孔有两个分支。其中4#孔两分支位于巷道200m、400m处，5#钻孔两分支位于600m、800m处，每个分支长度为200m，控制巷道长度为120m。

3.3 钻孔封孔工艺

（1）钻孔施工20m后对其进行扩孔，扩孔后孔径为165mm，扩孔后在孔内安装长度为20m、直径为105mm的PVC管，同时在孔口安装单节长度为6m、直径为100mm的钢管，共计安装三节。

（2）待孔口管安装后，利用高压注浆泵对孔口管与煤壁之间间隙注入聚氨酯粘剂，封孔后对其进行耐压试验，试验压力为3.0MPa，在耐压试验期间应观察封孔气密性及承压情况。

3.4 应用效果分析

（1）提高了巷道掘进效率。N1206运巷采用ZDY-6000LD（F）型千米钻机钻孔进行瓦斯预抽后，在3个月内巷道共掘进705m，日进度达7.8m，同时整个巷道只需施工两个钻场即可，解决了巷道“抽采掘”衔接紧张的难题。

（2）提高钻孔成孔率。千米钻机施工的钻孔可进行拐弯，从而提高了钻孔成孔率，通过对N1206运巷后期施工的千米钻孔观测发现，钻孔未发现塌孔现象，成孔率达90%以上。

（3）提高了煤层瓦斯抽放效率。采用千米钻机可在每个钻孔进行多个分支钻孔施工，大大提高了瓦斯抽放效率；通过对N1206运巷后期瓦斯抽放检测发现，千米钻孔瓦斯抽放浓度、流量衰减慢，钻孔抽放3个月后孔内瓦斯浓度仍在5.2%以上，瓦斯抽放率达57%以上，巷道在后期掘进过程中工作面瓦斯浓度控制在0.5%以下，未发生一起瓦斯超限现象。

（4）降低了成本费用。N1206运巷采用千米钻机施工钻孔总长度为4800m，与传统钻孔相比，钻孔施工长度缩短一半，成本费用可节约25万元。

4 结 语

潞安集团余吾煤业有限公司通过技术研究，改进钻孔施工及布置方式，对N1206运巷掘进期间采用型号为ZDY-6000LD（F）千米钻机进行钻孔施工，并进行瓦斯预抽，实践证明，采用千米钻机进行钻孔施工，有效提高钻孔成孔率及瓦斯抽放效率，加快了巷道掘进速度，降低了掘进工作面瓦斯浓度，保证了巷道掘进施工安全，取得了显著成效。