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1優(yōu)化穿層鉆孔封孔長(zhǎng)度參數(shù)的理論依據(jù)

1．1底板巖層巖性

2713工作面直接底為泥巖，呈黑色塊狀，性脆、易碎，厚度約為1．3m。基本底為砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖，呈深灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，厚度為16～45m，平均厚度為32．7m。2713工作面底板瓦斯抽放巷設(shè)計(jì)層位位于二2煤層底板下10～15m巖層內(nèi)，即位于砂質(zhì)泥巖和細(xì)砂巖巖層中。

1．2鉆爆法施工的巷道巖石松動(dòng)圈影響范圍

2713工作面底板抽放巷與所解放煤巷空間關(guān)系為內(nèi)錯(cuò)布置，掘進(jìn)方式為鉆爆法施工，支護(hù)方式為錨網(wǎng)噴支護(hù)。大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，在采礦和深部地下工程中，圍巖松動(dòng)圈普遍存在，小的為20～30cm，大的超過(guò)300cm，在較穩(wěn)定圍巖中開(kāi)掘的一般巷道中，巷道巖石松動(dòng)圈范圍一般為100～200cm。由于2713工作面底板抽放巷底板巖層較為穩(wěn)定，從理論上講，在2713工作面底板10～15m的巖層中，由于其原生裂隙及巷道施工對(duì)圍巖產(chǎn)生的松動(dòng)圈裂隙對(duì)底抽巷穿層鉆孔封孔的嚴(yán)密性影響范圍是有限的，一味增加封孔段長(zhǎng)度取得的密封效果與封孔成本的增加相比，得不償失，因此有必要進(jìn)行封孔長(zhǎng)度的研究與試驗(yàn)，按相關(guān)瓦斯抽采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確定車集煤礦穿層抽放鉆孔合理的封孔技術(shù)參數(shù)。

2封孔效果對(duì)比試驗(yàn)方案

（1）試驗(yàn)區(qū)域。在2713底抽巷選定一段煤層瓦斯條件較為穩(wěn)定的區(qū)域，對(duì)于見(jiàn)煤深度大于20m的鉆孔，分別使用13mPE管和20mPE管進(jìn)行交叉封孔，之后對(duì)2種不同封孔長(zhǎng)度的鉆孔封孔效果進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)和跟蹤，觀測(cè)指標(biāo)主要為鉆孔抽放濃度和流量。通過(guò)一段時(shí)間（預(yù)定為60d）的觀測(cè)，對(duì)比分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，以確定最經(jīng)濟(jì)有效、合理的封孔長(zhǎng)度。

（2）試驗(yàn)鉆孔。2713底抽巷導(dǎo)向點(diǎn)DC10至DC點(diǎn)前22m之間的區(qū)域共設(shè)計(jì)有鉆孔49個(gè)，根據(jù)試驗(yàn)方案要求，見(jiàn)煤深度大于20m的鉆孔共有28個(gè)，為確保試驗(yàn)效果的可比性，對(duì)鉆孔穿煤段相近的鉆孔進(jìn)行編組，并采取13mPE與20mPE管交叉封孔的方式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

（3）數(shù)據(jù)觀測(cè)。試驗(yàn)過(guò)程中，主要觀測(cè)參數(shù)包括鉆孔瓦斯抽放濃度和流量，觀測(cè)周期為5～7d。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）鉆孔濃度對(duì)比分析。根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)過(guò)程中采集的鉆孔濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)，繪制鉆孔濃度變化曲線圖（藍(lán)色曲線為13mPE管封孔，褐色曲線為20mPE管封孔），能夠直觀形象地顯示出不同封孔長(zhǎng)度下鉆孔濃度的高低以及變化情況。189、190號(hào)鉆孔濃度對(duì)比由鉆孔濃度變化曲線圖可知，鉆孔濃度在抽放周期內(nèi)均呈現(xiàn)出一定的波動(dòng)性，但總體效果顯示，使用13mPE管與20mPE進(jìn)行封孔，其抽放濃度無(wú)明顯差異。

（2）抽放流量對(duì)比分析。根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)過(guò)程中采集的鉆孔流量觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)鉆孔流量較為穩(wěn)定，各次觀測(cè)數(shù)據(jù)變化幅度不大，為便于對(duì)比分析，計(jì)算出試驗(yàn)期間鉆孔平均流量，并繪制鉆孔流量柱形圖。由于鉆孔流量主要受封孔嚴(yán)密性和煤層透氣性兩方面因素影響，從圖5可知，在同一抽放周期內(nèi)同一區(qū)域的試驗(yàn)鉆孔，其流量數(shù)值穩(wěn)定分布在0．006～0．013m3／min區(qū)間內(nèi)。由此可知，使用13mPE管封孔的鉆孔，其密封性相比使用20mPE管封孔的鉆孔無(wú)明顯下降的情況。

4經(jīng)濟(jì)成本分析

根據(jù)“兩堵一注法”封孔工藝要求，對(duì)比PE管（封孔管）、注漿管、排氣管、速凝封孔劑等主要材料的使用量，經(jīng)計(jì)算，使用13mPE管進(jìn)行封孔相比20mPE管每孔可節(jié)約成本180元左右。

5結(jié)論

（1）從鉆孔抽放效果、封孔材料投入量入手，通過(guò)選取鉆孔抽放濃度、流量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比分析，優(yōu)化封孔技術(shù)方案，不僅能夠大量節(jié)省成本，達(dá)到封孔工藝性價(jià)比的最優(yōu)化，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且不改變?cè)镜姆饪撞僮鞣绞剑粫?huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人的操作產(chǎn)生負(fù)面影響。

（2）通過(guò)封孔工藝優(yōu)化對(duì)比試驗(yàn)，為以后的封孔工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了較好的參考經(jīng)驗(yàn)，不僅能夠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)于提高整個(gè)礦井的瓦斯抽放基礎(chǔ)管理工作水平具有重要意義。

作者：魏永建 史顯鋒 單位：河南能源化工集團(tuán)