穿层钻孔预抽瓦斯技术研究与应用

㊀第４９卷第５期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ ５㊀㊀２０２１年５月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｍａｙ２０２１㊀移动扫码阅读王㊀亮，廖晓雪，褚㊀鹏，等．瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０５ ０１０ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ，ＣＨＵＰｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ［Ｊ］ ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０５ ０１０瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究王㊀亮１，廖晓雪１，褚㊀鹏１，张晓磊２，刘清泉１（１．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州㊀２２１００８；２．常州大学环境与安全工程学院，江苏常州㊀２１３１００）摘㊀要：随着我国煤矿开采逐渐向深部开拓，煤层瓦斯压力增大㊁含量增加，煤层渗透率普遍较低，增加了瓦斯抽采的难度㊂钻孔钻扩造穴卸压增透技术能提高煤层渗透率，是增加瓦斯抽采效率的有效手段㊂为解决寺家庄煤矿１５号煤层渗透率低，瓦斯难抽采的问题，以寺家庄煤矿北翼辅助运输巷１５号煤层抽采钻孔造穴为工程背景，以弹性力学应变软化模型和扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础，建立了穿层钻孔钻扩造穴后煤层渗透率演化方程和穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂通过ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对方程进行解算，分析了钻孔造穴的增透机理和渗透率分布规律，得到了瓦斯抽采量㊁瓦斯压力分布以及渗透率等关键参数；结合模拟结论与现场条件，确定了钻孔钻扩造穴的最优造穴半径为０．６ｍ，最佳布孔间距为６．０ ７．０ｍ，为现场施工造穴半径和钻孔间距的确定提供了指导㊂最后，在寺家庄煤矿１５号煤层实施普钻钻孔与造穴钻孔，进行了瓦斯抽采效果对比㊂试验结果表明：实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量相对普钻钻孔分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；瓦斯抽采周期㊁钻孔施工工程量降低了约２倍，提高了瓦斯抽采技术经济效益，应用结果验证模拟结果可靠，抽采设计可行，可以指导现场施工㊂关键词：穿层钻孔；钻扩造穴增透；流固耦合；瓦斯抽采中图分类号：ＴＤ７１２㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０５－００７５－０８Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅＷＡＮＧＬｉａｎｇ１，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ１，ＣＨＵＰｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｌｅｉ２，ＬＩＵＱｉｎｇｑｕａｎ１（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ㊀２１３１００，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２１－０２－２８；责任编辑：曾康生基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（５１９７４３００）；中央高校基本科研业务资助项目（２０２０ＺＤＰＹ０２２４）；江苏省自然科学基金青年基金资助项目（ＢＫ２０１９０９３１）；中国博士后科学基金批面上资助项目（２０１９Ｍ６５２０２３）作者简介：王㊀亮（１９８２ ），男，江苏东海人，教授，博士生导师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｗ１９８２＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：张晓磊（１９８４ ），男，安徽淮北人，讲师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｉｎｏｚｘｌ＠１６３．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｇｒａｄｕａｌｌｙｅｘｔｅｎｄｓｔｏｔｈｅｄｅｅｐｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｌｏｗ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｂｙｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍａｎｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅａｕｘｉｌｉａｒｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｒｏａｄｗａｙｏｆｎｏｒｔｈ－ｗｉｎｇｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｏｆｔｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｓｅｅｐａｇｅｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｆｌｏｗｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｓｅａｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｇａｓｆｌｏｗｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ．ＵｓｉｎｇＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔ⁃ｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗａｆｔｅｒｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｍｏｕｎｔ，ｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｆｉｅｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃａｖｉｔｙｒａｄｉｕｓｗａｓ０．６ｍ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇｗａｓ６．０ ７．０ｍ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄａｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅｒａｄｉｉａｎｄｓｐａｃｉｎｇｉｎｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃ⁃ｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃ⁃５７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｒａｔｅ，ｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｔｙｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２．７，２．０ａｎｄ５．７ｔｉｍｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄａｂｏｕｔ２ｔｉｍｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｄｅｓｉｇｎｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｇｕｉｄｅｔｈｅｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ０㊀引㊀㊀言煤炭是我国的主导能源，２０１９年在我国能源的消费比例约占５７．７％㊂煤层瓦斯作为煤的伴生产物，是储量丰富的优质清洁能源，同时也是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一㊂煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故常造成重大的人员伤亡和经济损失，而瓦斯抽采是消除瓦斯事故㊁保障安全开采的主要方法，同时能够使瓦斯得到充分利用［１］㊂煤层渗透率是决定瓦斯抽采质量和产量的关键因素［２］，然而，由于我国煤层地质条件复杂，煤体渗透率普遍偏低，通常在１ˑ１０－６μｍ２以下，导致瓦斯抽采难度大，抽采效率低［３－４］㊂为提高煤层渗透率，促进瓦斯高效抽采，有学者提出水力压裂㊁水力割缝等技术措施，通过水的高压作用在周围煤体产生人工裂隙，促使煤体内部瓦斯渗流，达到增透的目的［５－７］㊂然而，水力割缝对软煤的持久性差，在地应力大的情况下裂缝容易闭合；水力压裂易导致煤体局部应力集中，影响增透效果，两者对松软构造煤的瓦斯抽采效果较差㊂钻孔钻扩造穴扩大钻孔是近年来广泛应用的增透技术，钻扩造穴是在钻刀切割煤体的过程中，同时打开高压水泵，利用高压水射流动力软化㊁破碎钻孔周围的煤体，再将破碎的煤体冲出钻孔，构建大尺寸孔洞，使周围煤体卸压㊂造穴过程中，钻孔周围煤体应力重新分布，当煤体强度不足以承受重新分布的应力时，煤体就会发生破坏［８－９］㊂研究表明，煤体破坏后，渗透率能增加几十至几千倍［１０－１１］㊂钻孔钻扩造穴技术集钻孔－冲孔为一体，克服了水力压裂㊁水力割缝和传统水力冲孔方法的不足，出煤量大，增透有效［１２］㊂根据瓦斯抽采钻孔形式，钻孔造穴有穿层钻孔和顺层钻孔２种形式，穿层钻孔是从岩石巷道向煤层打钻孔穿透煤层㊂因穿层钻孔在岩石中比顺层钻孔更加稳固，抽采服务时间更久㊂近年来，水力钻扩造穴技术，特别是实施穿层钻孔抽采瓦斯时的钻扩造穴，在国内煤矿得到了广泛应用㊂孙四清等［１３］对松软突出煤层进行穿层钻孔造穴瓦斯抽采后，瓦斯抽采量增加了６．６倍㊂杜昌华等［１４］对大倾角松软厚煤层实施穿层水力扩孔技术后，造穴钻孔瓦斯抽采量和单孔瓦斯体积分数分别增加了２．８和１．４倍，并且扩孔半径越大，煤中残余瓦斯含量越低㊂牟全斌等［１５］对芦岭煤矿Ⅲ１０１３工作面实施了机械造穴穿层钻孔后，单孔瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量相应提高了２．７３ ３．３９倍㊁２．６３ ５．１１倍㊂以上研究表明，实施穿层钻孔造穴卸压增透后，煤层瓦斯抽采效率显著提高㊂为了获得最有效的增透效果，降低施工成本，郝丛猛等［１６］根据不同煤层的特点，采用数值模拟软件对造穴半径㊁布孔间距等参数进行了合理设计，为现场工程提供了指导㊂于宝种［１８］建立了冲孔造穴过程中煤体的渗透率演化模型，模拟了不同造穴半径对煤层渗透率的影响，并在新景煤矿进行了工程验证，试验结果表明冲孔造穴能够减少钻孔工作量，提高瓦斯抽采效率㊂根据现场突出危险性鉴定，寺家庄煤矿１５号煤层为突出煤层㊂受强构造应力影响，该煤层渗透率低，煤质极松软㊂为了防止北翼辅助运输大巷掘进过程发生煤与瓦斯突出，必须预先抽采瓦斯，再掘进施工㊂由于普通钻孔瓦斯抽采应力扰动范围小，抽采效率低，抽采时间长，因此采用水力钻扩造穴技术提高煤层的瓦斯抽采效率㊂作者以弹性力学软化理论和双孔介质瓦斯流动理论为基础建立了造穴钻孔周围煤体渗透率演化模型和瓦斯运移模型，并利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对建立的模型进行解算，分析了造穴钻孔周围煤体的渗透率和应力分布规律，对比了不同钻孔半径和钻孔间距下的煤层瓦斯压力㊁瓦斯抽采量，并在寺家庄煤矿１５号煤层对模拟结果进行了现场验证㊂１㊀钻扩造穴卸压增透机理及瓦斯流动模型１．１㊀钻扩造穴卸压增透机理１．１．１㊀钻孔周围煤体应力分布煤体是一种弹塑性材料，当所受应力超过峰值应力后会表现出应变软化特性，采取水力造穴措施可使钻孔周围煤体应力重新分布㊂根据煤岩体力学特性应变软化模型，煤体受力破坏的应力变化过程可分为３个阶段（图１）：弹性阶段㊁软化阶段和残余阶段㊂钻扩造穴施工后，在钻孔周围的煤体相应形成弹性区㊁塑性区和破碎区［１９］㊂６７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期图１㊀煤岩体应变软化模型及钻孔周围煤体应力分布特征Ｆｉｇ．１㊀Ｃｏａｌａｎｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅ等效塑性剪切应变可以作为描述应变软化过程的软化参数［２０－２１］为γｐ＝２／［３（ε２１，ｐ＋ε２２，ｐ＋ε２３，ｐ）］（１）式中：γｐ为等效塑性剪切应变；ε１，ｐ㊁ε２，ｐ㊁ε３，ｐ为沿３个主应变方向的塑性主应变㊂应变软化过程是在内摩擦角不变的情况下失去黏聚力的过程，黏聚力随着等效塑性剪切应变的增加而呈线性减小，在塑性条件下，全应力应变曲线上的黏聚力可以表示的等效塑性剪切应变分段线性函数［２２］为ｃ＝ｃ０－（ｃ０－ｃｒ）γｐγ∗ｐ㊀（γｐ＜γ∗ｐ）ｃｒ㊀㊀㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïï（２）式中：ｃ为黏聚力；ｃ０为初始黏聚力；ｃｒ为残余黏聚力；γ∗ｐ为临界塑性剪切应变㊂数值模拟中，通常使用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（Ｍ－Ｃ）准则的六边形与Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ（Ｄ－Ｐ）失稳准则外接圆进行匹配作为岩石的破坏准则［２３］㊂Ｄ－Ｐ准则考虑了静水压对岩石破坏的影响，认为材料的破坏由偏应力第一不变量和第二不变量共同决定，其表达式为Ｉ２＋αＩ１＝κα＝ｔａｎφ９＋１２ｔａｎ２φκ＝３ｃ９＋１２ｔａｎ２φìîíïïïïïïï（３）式中：Ｉ１㊁Ｉ２为偏应力第一不变量㊁第二不变量，ＭＰａ；α和κ为材料常数；φ为煤的内摩擦角，（ʎ）㊂１ １ ２㊀渗透率模型煤层渗透率是控制煤层瓦斯流动的关键参数，主要受地应力改变引起的煤体裂隙变化影响㊂水力冲孔使煤层应力重新分布，煤体发生变形和破坏，裂隙宽度增大，数量增多，进而煤层渗透率增加㊂煤体所处的应力状态不同，发生的变形不同，因此渗透率随地应力状态的变化遵循不同的函数关系㊂根据前人研究，在弹性阶段（γｐ＝０）㊁塑性软化阶段（０＜γｐ＜γ∗ｐ）㊁残余阶段（γｐȡγ∗ｐ），水力冲孔钻孔周围煤体渗透率与体积应力变化量的关系满足下式［２４－２６］，即ｋ＝ｋ０ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀㊀㊀㊀（γｐ＝０）ｋ０（１＋γｐγ∗ｐξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（０＜γｐ＜γ∗ｐ）ｋ０（１＋ξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïïïï（４）式中：ｋ为渗透率，ｍ２；ｋ０为初始渗透率，ｍ２；ｃｆ为裂隙压缩因子，ＭＰａ－１；σＶ为体积应力，ＭＰａ；ξ为渗透率跃变系数㊂１．２㊀瓦斯流动模型１．２．１㊀基质瓦斯扩散煤基质的瓦斯流动遵循质量守恒方程为∂ｍｍ∂ｔ＝－ＱＳ（５）ｍｍ＝ＶＬｐｍｐｍ＋ｐＬＭｇＶＭρＣ＋φｍＭｇｐｍＲＴＱＳ＝ＭｇτＲＴ（ｐｍ－ｐｆ）ìîíïïïïï（６）式中：ｍｍ为单位体积煤基质中的瓦斯质量，ｋｇ／ｍ３；ＱＳ为单位体积煤基质同裂隙系统的质量交换率，ｋｇ／（ｍ３㊃ｓ）；ＶＬ为朗格缪尔体积，ｍ３／ｋｇ；ｐｍ为孔隙瓦斯压力，ＭＰａ；ｐＬ为朗格缪尔压力，ＭＰａ；Ｍｇ为甲烷的摩尔质量，ｋｇ／ｍｏｌ；ρＣ为煤体视密度，ｋｇ／ｍ３；ＶＭ为气体摩尔体积，０．０２２４ｍ３／ｍｏｌ；φｍ为煤基质孔隙率，％；Ｒ为理想气体常数，Ｊ／（ｍｏｌ㊃Ｋ）；Ｔ为煤层温度，Ｋ；τ为吸附时间，等于煤体中６３．２％的瓦斯解吸出来的时间，ｄ；ｐｆ为裂隙瓦斯压力，ＭＰａ㊂将式（６）代入质量守恒式（５），得基质瓦斯流动方程，即∂ｐｍ∂ｔ＝－ＶＭ（ｐｍ－ｐｆ）（ｐＬ＋ｐｍ）２τＲＴＶＬｐＬρＣ＋τφｍＶＭ（ｐＬ＋ｐｍ）２（７）１ ２ ２㊀裂隙瓦斯渗流裂隙中瓦斯流动满足质量守恒方程为∂ｍｆ∂ｔ＝－Ñρｆ㊃ｖｆ()＋ＱＳ（８）ｍｆ＝φｆＭｇｐｆＲＴｖｆ＝－ｋμÑｐｆìîíïïïï（９）７７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷式中：ｍｆ为单位体积煤体裂隙瓦斯质量，ｋｇ；φｆ为煤体裂隙率，％；ρｆ为裂隙瓦斯密度，ｋｇ／ｍ３；ｖｆ为煤体裂隙瓦斯流动速度，ｍ／ｓ；ｋ为渗透率，ｍ２；μ为甲烷动力黏度，Ｐａ㊃ｓ㊂将方程（９）代入质量守恒式（８），得裂隙瓦斯流动的方程为φｆ∂ｐｆ∂ｔ＝Ñ（ｋμｐｆÑｐｆ）＋１τ（ｐｍ－ｐｆ）（１０）２㊀模拟与结果以上建立了可用于数值模拟的钻扩造穴后煤层渗透率演化和瓦斯流动方程㊂笔者采用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ数值模拟软件对以上方程进行了计算求解，数值模拟中选用了ＣＯＭＳＯＬ软件中的３个模块：钻孔开挖选择固体力学模块，基质瓦斯扩散选择ＰＤＥ模块，裂隙瓦斯渗流选择达西定律模块㊂２．１㊀模型描述和输入参数根据山西阳煤寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道现场穿层水力冲孔情况，本次模拟的几何模型及边界条件如图２所示㊂为消除边界的影响，建立了４０ｍˑ４０ｍ的矩形区域，远大于钻孔的增透区㊂二维模型是真实三维煤层的简化，２Ｄ模型不会影响计算的精度，并且利于显示应力和瓦斯压力分布［２７－２８］㊂对于固体变形模型，模型的左边和上边为恒定应力条件，代表煤层的水平地应力，右边和下边为滚轴边界㊂对于瓦斯抽采模型，钻孔内为恒定压力边界，四周为无流动边界条件㊂图２㊀几何模型和边界条件Ｆｉｇ．２㊀Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ㊀㊀所有参数均通过实验室试验获得或现场测量得到㊂模拟中所用参数如下：煤层泊松比ｖｃ０．３煤层弹性模量Ｅ／ＭＰａ１０００初始水平应力σｈ／ＭＰａ１０原始瓦斯压力ｐ０／ＭＰａ２．０煤层初始黏聚力ｃ０／ＭＰａ０．６煤层残余黏聚力ｃｒ／ＭＰａ０．５煤体视密度ρｃ／（ｇ㊃ｃｍ－３）１．３煤层内摩擦角φ／（ʎ）３０煤层软化参数的临界值γ∗ｐ／１０－２０．０１原始渗透率ｋ０／ｍ２５ˑ１０－１８渗透率突变系数ξ２５裂隙压缩因子ｃｆ／ＭＰａ０．１０煤体裂隙率φｆ０．０１２基质孔隙率φｍ０．０６５ＣＨ４朗格缪尔体积ＶＬ／（ｍ３㊃ｔ－１）４８．１６ＣＨ４朗格缪尔压力ｐＬ／ＭＰａ１．３５ＣＨ４摩尔质量Ｍｇ／（ｇ㊃ｍｏｌ－１）１６气体摩尔体积ＶＭ／（Ｌ㊃ｍｏｌ－１）２２．４ＣＨ４动力黏度μ／（Ｐａ㊃ｓ）１．０８ˑ１０－５气体常数Ｒ／（Ｊ㊃ｍｏｌ－１㊃Ｋ－１）８．３１４吸附时间τ／ｄ０．５２煤层温度Ｔ／Ｋ２９３２．２㊀造穴半径对增透效果的影响以造穴半径０．６ｍ为例，分析钻孔周围煤体的应力㊁等效塑性应变分布㊂钻孔施工后，钻孔周围煤的径向应力㊁切向应力㊁体积应力和等效塑性剪切应变γｐ如图３所示㊂根据平面应变假设，σ２为常数，体积应力为σ１和σ３之和㊂由图３可知，钻孔周围的γｐ≫０，体积应力很小㊂随着距钻孔的距离增加，等效塑性应变急剧下降，体积应力增加㊂γｐ＞０时，煤体处于应变软化阶段；γｐ＝０．０１％时，煤体处于残余阶段，发生塑性破坏㊂因此，钻孔周围塑性破坏区为０．９６ｍ，软化区的范围为０．２９ｍ，增透区的厚度为１．２５ｍ，即等效增透半径为１．８５ｍ㊂当距钻孔中心图３㊀造穴钻孔周围应力和等效塑性应变分布Ｆｉｇ．３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎａｒｏｕｎｄａｂｏｒｅｈｏｌｅ８７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期距离超过１．８５ｍ时，γｐ＝０，体积应力为原始值，煤体处于弹性阶段㊂为研究造穴半径对煤体渗透率分布的影响，确定合理的造穴半径，分别对造穴半径为０．４㊁０．５㊁０．６㊁０．７和０．８ｍ情况下钻孔周围煤体的渗透率演化特征和瓦斯压力进行了对比分析㊂如图４ａ所示，实施水力造穴后，钻孔周围煤体渗透率得到提高，且距钻孔越近，煤层渗透率越大，不同造穴半径下煤层渗透率的最大值均为原始渗透率的１２５０倍㊂随着距离远离钻孔，煤体渗透率与原始煤层渗透率比（ｋ／ｋ０）逐渐减小，最终趋近于１，即煤体渗透率等于原始煤层渗透率㊂随着造穴半径的增大，煤层增透范围增大，表明造穴半径越大，钻孔增透半径越大㊂如图４ｂ所示，钻孔增透半径随造穴孔半径呈线性增加，增透半径约为造穴半径的３．０９倍，说明瓦斯抽采影响半径随着造穴半径的增加而增大㊂同时，图４ｃ显示了不同造穴半径抽采１０ｄ后的煤层瓦斯压力，随着造穴半径增加，煤体瓦斯压力减小，且随着距离钻孔中心距离的增加瓦斯压力逐渐增大，最终趋近于恒定值（煤层原始瓦斯压力２ＭＰａ），表明通过水力钻扩造穴技术增加钻孔的半径可以对钻孔周围较大范围内的煤体进行卸压增透㊂图４㊀不同造穴半径钻孔周围渗透率㊁增透半径及瓦斯压力分布Ｆｉｇ．４㊀Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｍｅｎｔｚｏｎｅａｎｄｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｖｉｔａｔｉｏｎｒａｄｉｉ㊀㊀由图４可知，造穴半径越大，增透范围越大，越利于瓦斯抽采，但这并不表明现场工程实施时造穴半径越大越好，一方面造穴半径过大会造成单个钻孔的成本增加，另一方面造穴半径受技术和钻机的条件限制㊂由于现场施工过程中，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６ｍ，因此，结合现场条件，施工造穴半径采用０．６ｍ㊂２．３㊀钻孔间距对瓦斯抽采的影响井下煤层瓦斯抽采极其复杂，１个区域内有大量的抽采钻孔，因此钻孔间距是影响瓦斯抽采的１个重要因素㊂对于同１个抽采区域，钻孔间距越小，钻孔数量越多，同时抽采效率越高㊂但是钻孔数量的增加意味着成本的增加，因此，确定合理的钻孔间距是非常重要的㊂当钻孔半径为０．６０ｍ时，单个钻孔的增透半径为１．８５ｍ㊂为了使煤层的增透效果最优化，钻孔间距应为３．７０ｍ㊂然而，由于多孔抽采孔间互扰的影响，钻孔间距过小会降低每个钻孔的抽采效率㊂因此，为确定合理的钻孔间距，模拟了钻孔间距为３ １０ｍ共８种工况下的瓦斯抽采情况㊂不同钻孔间距下抽采１０ｄ后煤层瓦斯压力云图如图５ａ所示，煤层中间监测线瓦斯压力分布如图５ｂ所示㊂根据图５可以看出，钻孔间距为３ｍ时，４个钻孔间煤层瓦斯压力最低，随着钻孔间距的增大，瓦斯图５㊀不同钻孔间距的煤层瓦斯压力分布Ｆｉｇ．５㊀Ｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ压力逐渐增加㊂以消除煤层突出危险性的瓦斯压力界限０．７４ＭＰａ为界，钻孔间距小于７ｍ均符合要求㊂不同钻孔间距下１０ｄ内的抽采瓦斯累积量（图６）㊂相同时间内，瓦斯抽采总量随着钻孔间距的增９７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷加而增加，但增加量逐渐减小㊂钻孔间距为３㊁４㊁５和６ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为２８９５．２８㊁３５３４．４７㊁４０９１．７５和４５０３．４４ｍ３，相比于前一种工况分别增加２２．０７％㊁１５．７７％和１０．０６％㊂钻孔间距为７㊁８㊁９和１０ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为４７８２．１３㊁４９４８．１５㊁５０３９．９８和５０７９．９８ｍ３，相比于前一种工况分别增加６．１９％㊁３．４７％㊁１．８６％和０．７９％㊂因此，为减少钻孔之间互相干扰的影响，若以增长率１０％为标准，合理的钻孔间距为６ｍ；若以增长率５％为标准，合理的钻孔间距为７ｍ㊂图６㊀不同钻孔间距的瓦斯抽采量Ｆｉｇ．６㊀Ｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｖｏｌｕｍｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ３　现场应用试验考察地点位于阳泉矿区寺家庄煤矿１５号煤层北翼辅助运输大巷㊂在巷道的掘进过程中，由于煤层的起伏，需要进行石门揭煤㊂揭煤区域全长２２０ｍ，平均煤厚５．４７ｍ，煤层原始瓦斯含量为８．２１ １０．３８ｍ３／ｔ，煤层具有突出危险性㊂在大巷掘进前，沿着巷道方向分别布置普钻区和造穴区，以穿层钻孔的方式进行瓦斯抽采㊂普通钻孔区域长度为６５ｍ，钻孔间排距为５ｍ，布置１ １４共１４排瓦斯抽采钻孔，每排含９个瓦斯抽采钻孔，巷道两侧钻孔布置范围分别为２０和１５ｍ㊂在普钻区之后，布置造穴钻孔区，钻孔区域长度为５０ｍ，巷道两侧钻孔布置范围不变㊂造穴区布置１５ ２５共１１排钻孔，钻孔排间距为５ｍ㊂在奇数排（１５㊁１７㊁１９㊁２１㊁２３㊁２５排）施工１㊁３㊁５㊁７㊁９号钻孔并进行水力钻扩造穴，在偶数排（１６㊁１８㊁２０㊁２２㊁２４排）施工２㊁４㊁６㊁８号钻孔并进行水力钻扩造穴㊂图７为普钻钻孔与造穴钻孔布置平面图和剖面图㊂造穴钻孔施工过程中，钻杆通过穿层钻孔的方式深入到巷道周围煤体内，同时打开高压水射流泵，高压水射流从钻冲两用钻头上的造穴喷嘴喷出，形成造穴孔洞，并在钻穴孔段中往复钻进－回退钻杆，通过水流的作用将破碎煤冲出孔洞㊂当孔洞出煤停止，冲出的水流变清时，停止造穴，从而实现煤体的高效卸压增透㊂巷道造穴区施工过程中造穴水压为１６ ２０ＭＰａ，平均水压约１８ＭＰａ；单穴造穴时间和出煤量分别为７０ ２９０ｍｉｎ㊁５ １９ｔ；根据出煤量㊁煤层厚度和煤的密度计算出实际单穴造穴半径平均值为０．６５ｍ㊂然而，第２．２节确定的最优单穴造穴半径为０．６０ｍ，这是由于现场施工过程中采用机械和水力联合造穴，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６０ｍ，而高压水射流增大了造穴半径，因此实际造穴半径均大于设计的０．６０ｍ㊂图７㊀普钻钻孔与造穴钻孔布置平剖面示意Ｆｉｇ．７㊀Ｌａｙｏｕｔｏｆｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｓ０８王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期在寺家庄矿１５号煤层不同区域的瓦斯抽采过程中，对普钻区和造穴区的瓦斯抽采数据进行了计量，普钻区瓦斯抽采时间约６个月，造穴区瓦斯抽采时间约２个月㊂图８记录了瓦斯抽采措施实施６０ｄ以来，普钻区和造穴区的瓦斯抽采纯量和抽采浓度的情况㊂图８ａ表明，抽采过程中，普钻区瓦斯抽采纯量为０．１０ ０．２５ｍ３／ｍｉｎ，而造穴区瓦斯抽采纯量为０．７５ １．２６ｍ３／ｍｉｎ，明显高于普钻区，且修正后造穴区的平均瓦斯抽采纯量约为普钻区的５．７倍㊂图８ｂ表明，普钻区瓦斯抽采体积分数为１１％ ３８％，平均瓦斯抽采体积分数约２５％；而造穴区瓦斯抽采体积分数为２６％ ５８％，平均瓦斯抽采体积分数可达５０％，相对普钻区提高了２倍左右㊂图８㊀普钻区和造穴区瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度对比Ｆｉｇ．８㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｕｒｉｔｙａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｇａｓｄｒａｉｎｇａｇｅｉｎｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｈｏｌｅｓ北翼辅运底抽巷普通穿层钻孔和水力钻扩造穴钻孔瓦斯抽采技术的经济效益情况如图９所示㊂对普钻区进行６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；而对造穴区进行２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍；瓦斯抽采率由原来的２０．９％提高到目前的５６．４％，提高了约２．７倍；瓦斯抽采纯量由原来的０．１５ｍ３／ｍｉｎ提高到目前的０．８５ｍ３／ｍｉｎ，提高了约５．７倍㊂采用新技术之后，瓦斯抽采周期由原来的１８０ｄ降低为目前的６０ｄ（含钻孔施工过程中的瓦斯抽采）；钻孔施工工程量由原来的３．１ｋｍ（煤中进尺１５３９ｍ）降低为目前的约１．０６ｋｍ（煤层中进尺４７７ｍ）；５０ｍ长度区域的钻孔数量由原来的９９个减少为目前的５０个㊂以上结果均表明，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采经济效益显著提高㊂图９㊀瓦斯抽采技术经济效益对比分析Ｆｉｇ．９㊀Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ４㊀结㊀㊀论１）以弹性力学应变软化模型为基础建立了钻孔钻扩造穴后煤层的渗透率演化方程，分析了钻孔造穴的增透机理，并以扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础建立了穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂２）利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件求解了寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道对１５号煤层进行钻扩造穴情况，分析了造穴钻孔周围煤层渗透率分布和瓦斯抽采情况，并得出了合理的造穴半径０．６ｍ，钻孔间距６．０ ７．０ｍ㊂３）经现场工程试验１５号煤层的瓦斯抽采过程，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；普钻区经６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；造穴区经２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍，施工工程量和瓦斯抽采周期降低了约２倍㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＡＧＵＡＤＯＭＢＤ，ＮＩＣＩＥＺＡＣＧ．Ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｓｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ，Ｒｉｏｓａ－ＯｌｌｏｎｉｅｇｏＣｏａｌｆｉｅｌｄ，Ｓｐａｉｎ［Ｊ］．Ｉｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２００７，６９（４）：２５３－２６６．［２］㊀ＰＡＮＺＪ，ＣＯＮＮＥＬＬＬＤ．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃｏａｌｒｅｓｅｒ⁃ｖｏｉｒｓ：ａｒｅｖｉｅｗｏｆａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１２，９２：１－４４．［３］㊀ＮＩＧｕａｎｈｕａ，ＤＯＮＧＫａｉ，ＬＩＳｈａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒ⁃ｉｓｔｉｃｓｅｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｃｏａｌ［Ｊ］．Ｆｕ⁃ｅｌ，２０１９，２３６（３）：１９０－２００．［４］㊀ＬＵＹｉｙｕ，ＬＩＵＹｏｎｇ，ＬＩＸｉａｏｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｌｏｎｇ１８２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｂｏｒｅｈｏｌｅｓｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｉｔｓｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１０，８４（２）：９４－１０２．［５］㊀王永革，令狐建设．地面井水力压裂增透技术在立井快速揭煤中的应用［Ｊ］．矿业安全与环保，２０２０，４７（５）：７７－８０．ＷＡＮＧＹｏｎｇｇｅ，ＬＩＮＧＨＵＪｉａｎｓｈｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｇｒｏｕｎｄｗｅｌｌｉｎｑｕｉｃｋｃｏａｌ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４７（５）：７７－８０．［６］㊀曹建军．超高压水力割缝卸压抽采区域防突技术应用研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（６）：８８－９４．ＣＡＯＪｉａｎｊｕｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｇｉｏｎａｌｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｌｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｒｅｌｉｅｆｄｒａｉｎａｇｅａｒｅａ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（６）：８８－９４．［７］㊀邓㊀强．水力压裂消突技术在低透气性煤层瓦斯治理的应用［Ｊ］．煤矿安全，２０２１，５２（１）：９８－１０２．ＤＥＮＧＱｉａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎｔｉ－ｏｕｔｂｕｒｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０２１，５２（１）：９８－１０２．［８］㊀刘明举，崔㊀凯，刘彦伟，等．深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４５－４８．ＬＩＵＭｉｎｇｊｕ，ＣＵＩＫａｉ，ＬＩＵＹａｎｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅ⁃ｖｅｎｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｄｅｅｐａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４５－４８．［９］㊀王㊀峰，陶云奇，刘㊀东．水力冲孔卸压范围及瓦斯抽采规律研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（１０）：９６－１００．ＷＡＮＧＦｅｎｇ，ＴＡＯＹｕｎｑｉ，ＬＩＵＤｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｅａｓｅｄｓｃｏｐｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇａｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｌａｗ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，４５（１０）：９６－１００．［１０］㊀ＹＩＮＧｕａｎｇｚｈｉ，ＪＩＡＮＧＣｈａｎｇｂａｏ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇｕｏ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｂｉｎｅｄＥｆｆｅｃｔｏｆＳｔｒｅｓｓ，Ｐｏｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｍｅｔｈａｎｅｐｅｒｍｅ⁃ａｂｉｌｉｔｙｉｎａｎｔｈｒａｃｉｔｅｃｏａｌ：ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｐｏｒｔｉｎＰｏｒｏｕｓＭｅｄｉａ，２０１３，１００（１）：１－１６．［１１］㊀ＷＡＮＧＳｈｕｇａｎｇ，ＥＬＳＷＯＲＴＨＤ，ＬＩＵＪｉｓｈａｎ．Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｔａｃｔｃｏａｌａｎｄｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｉｎ⁃ｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｓｅａｍｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１３，５８：３４－４５．［１２］㊀刘㊀东，刘㊀文．水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．ＬＩＵＤｏｎｇ，ＬＩＵＷｅｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｈｙ⁃ｄｒａｕｌｉｃｓｔａｍｐｉｎｇａｎｄｈｙｄｒｏｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆａｎｄｐｅｒｍｅａ⁃ｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．［１３］㊀孙四清，张㊀俭，安鸿涛．松软突出煤层穿层洞穴完井钻孔瓦斯抽采实践［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．ＳＵＮＳｉｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎ，ＡＮＨｏｎｇｔａｏ．Ｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｗｉｔｈｃａｖｉｔｙｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｓｏｆｔａｎｄｏｕｔｂｕｒｓｔｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．［１４］㊀杜昌华，冯仁俊．低透松软破碎厚煤层水力扩孔增透技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．ＤＵＣｈａｎｇｈｕａ，ＦＥＮＧＲｅｎｊｕｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｒｅａｍｉｎｇｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｆｔｆｒｉａｂｌｅｔｈｉｃｋｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．［１５］㊀牟全斌，赵继展．基于机械造穴的钻孔瓦斯强化抽采技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．ＭＯＵＱｕａｎｂｉｎ，ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｅｎｈａｎｃｅｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｇａｓｂａｓｅｄｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｒｅａｍｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．［１６］㊀郝从猛，刘洪永，程远平．穿层水力造穴钻孔瓦斯抽采效果数值模拟研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１７，４８（５）：１－４．ＨＡＯＣｏｎｇｍｅｎｇ，ＬＩＵＨｏｎｇｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｅｆｆｅｃｔｂｙｔｈｒｏｕｇｈ－ｂｅｄｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｈｏｌｅ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１７，４８（５）：１－４．［１７］㊀赵继展．井下瓦斯抽采钻孔机械造穴技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃａｖｉｔｙ－ｆｏｒｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎ⁃ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．［１８］㊀于宝种．松软低透煤层高压射流造穴强化抽采技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．ＹＵＢａｏｚｈｏｎｇ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｊｅｔｉｎｓｏｆｔａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．［１９］㊀张㊀浩．构造煤层掘进工作面区域性顺层水力造穴强化瓦斯抽采机理与工程应用［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０２０．［２０］㊀ＡＬＯＮＳＯＥ，ＡＬＥＪＡＮＯＬＲ，ＶＡＲＡＳＦ，ｅｔａｌ．Ｇｒｏｕｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｆｏｒｒｏｃｋｍａｓｓｅｓｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｕｒ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｆｏｒＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄＡｎａｌｙｔｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎＧｅ⁃ｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００３，２７（１３）：１１５３－１１８５．［２１］㊀ＨＡＪＩＡＢＤＯＬＭＡＪＩＤＶ，ＫＡＩＳＥＲＰ．Ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓｏｆｒｏｃｋａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｈａｒｄｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＴｒｅｎｃｈｌｅｓｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ，２００３，１８（１）：３５－４８．［２２］㊀ＬＥＥＹＫ，ＰＩＥＴＲＵＳＺＣＺＡＫＳ．Ａｎｅｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｉｒｃｕｌａｒｏｐｅｎｉｎｇｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎａｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２３（５）：５８８－５９９．［２３］㊀ＬＡＢＵＺＪＦ，ＺＡＮＧＡ．Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂｆａｉｌｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４５（６）：９７５－９７９．［２４］㊀ＳＯＭＥＲＴＯＮＷＨ，ＳＯＹＬＥＭＥＺＯＧＬＵＩＭ，ＤＵＤＬＥＹＲＣ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｏｎｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ＆ＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＡｂｓｔｒａｃｔｓ，１９７５，１２：１２９－１４５．［２５］㊀ＷＡＮＧＪＡ，ＰＡＲＫＨＤ．Ｆｌｕｉｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｒｏｃｋｓｉｎａｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，２００２，６３（３／４）：２９１－３００．［２６］㊀ＡＮＦｅｎｇｈｕａ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｏｕｔｂｕｒｓｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｄｓｏｒｂｅｄｇａｓｏｎｃｏａｌｄｅ⁃ｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆Ｇｅｏｔｅｃｈ⁃ｎｉｃｓ，２０１３，５４（１０）：２２２－２３１．［２７］㊀ＰＥＲＥＲＡＭＳＡ，ＲＡＮＪＩＴＨＰＧ，ＣＨＯＩＳＫ，ｅｔａｌ．Ａｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｙｏｆｃｏａｌｍａｓｓａｎｄｃａｐｒｏｃｋｂｅｈａｖｉｏｕｒａｎｄｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｆｌｏｗｄｕｒｉｎｇａｎｄａｆｔｅｒｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１３，１０６（２）：１２９－１３８．［２８］㊀ＹＥＺｈｉｈｕｉ，ＣＨＥＮＤｏｎｇ，ＷＡＮＧＪＧ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｎ－Ｄａｒｃｙｅｆｆｅｃｔｉｎｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１４，１２１（２）：１－１０．２８。

单一煤层底板巷穿层钻孔预抽煤巷瓦斯条带区域防突技术张明杰，滑俊杰，华敬涛（河南理工大学安全学院，河南焦作454000）摘要：为了降低单一突出煤层煤巷掘进突出危险性，研究了运用煤层底板抽放巷穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯为主的区域消突措施，使煤层卸压，瓦斯含量与压力降低，改变煤体应力分布，消除突出危险性。

在区域措施效果检验超标的局部地点辅助采用水力冲孔增透措施增加煤层透气性，提高穿层钻孔瓦斯抽放率，实现突出煤层向非突出煤层转化，保证煤巷安全掘进。

关键词：底板岩巷；预抽条带；水力冲孔中图分类号：TD713+．3文献标志码：B文章编号：1003－496X（2011）06－0030－03在煤矿开采过程中，随着开采深度增加和开采强度增大，煤层瓦斯含量和地应力增大，突出危险程度更为严重；伴随有灾害强度大，防治困难和灾害损失严重等特点。

原有的排放钻孔、卸压钻孔、浅孔松动爆破、边掘边抽等接触式局部瓦斯治理措施〔1－2〕，已不能有效地解决措施施工和掘进相集中的问题，致使采掘失调。

根据多年的实践和现场应用证明，区域瓦斯治理能够更有效地进行消突和防突，由区域治理代替局部瓦斯治理，由接触式向非接触式、由局部预测预报向区域性安全评价转换，是解决一切问题的关键〔3〕。

鹤煤六矿在煤与瓦斯突出危险区域施工底板预抽巷，在巷道内施工穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯。

在区域措施效果检验基本有效后，在效果检验超标的局部高瓦斯点采用水力冲孔增透技术，增加煤层透气性，提高抽放效果，使突出煤层突出危险性大大减低，有效解决采掘接替紧张和回采产量不足问题。

1区域概况鹤煤六矿2145工作面地面标高为+158．15+187．29m，工作面标高－300 －380m，掘进工作面起伏较为平缓。

该工作面走向长度890m，倾向长度129m，煤厚4．77 11．5m，平均8．39m。

煤层倾角－21ʎ －28ʎ，平均25．3ʎ。

工作面范围内地质构造简单，掘进范围内穿过74－7背斜翼部，轴部距切眼上口150m，受该构造影响，煤层产状变化大，倾角不稳定，局部顶板凸凹不平。

碾沟煤业综采工作面瓦斯抽采技术研究与应用张克斌（山西阳煤集团碾沟煤业有限公司，山西清徐030400）摘要：为解决碾沟煤业4101首采工作面瓦斯涌出量较大的问题，通过理论分析确定瓦斯主要来源，采用顺层钻孔预抽本煤层瓦斯、高位钻孔抽采卸压瓦斯的综合治理措施，确定顺层钻孔间距为&0m 及抽采时间为90d,高位钻孔垂直高度为19m,布置间距为20m,成功地将4101工作面各处的瓦斯浓度控制在安全范围内。

关键词：高瓦斯；顺层钻孔；穿层钻孔；瓦斯预抽中图分类号:TD712文献标志码:A文章编号：1009-0797(2021)02-0144-03Research and Application of Gas Drainage Technology in Fully Mechanized Coal Face inNiangou Coal IndustryZHANG Kebin(Shanxi Ya7g Coal Group Nia7gou Coal Industry C o.,Ltd.,030400,Chi7a)Absrtact：In order to solve the problem of large gas emission in the4101first mining face of Niangou Coal Industry,the main source of gas was determined through theoretical prehensive treatment of pre-draining the gas in this coal seam with high-level drilling and unloading and pres s ure-relieving gas was adopted through the theoretical analysis.Measures to determine the spacing of boring holes in the bedding layer to be8.0m and the extraction time to be90days,the vertical height of the high-level boreholes to be19m,and the layout spacing to be20m.The monitoring results during field application showed that the gas concentration in the4101working face was successfully controlled Within s^e range.It has important reference significance for gas management similar to high gas working face.Key words：High gas;Downhole drilling;Through-hole drilling;Gas pre-draining;1工程概况山西阳煤集团碾沟煤业有限公司隶属于山西阳煤集团，由清徐碾沟煤矿有限公司、洛池渠煤矿、西沟煤矿、平口煤矿以及部分空白区整合而成,矿井整合后生产能力为1.2Mt/a,为了减少矿井初期投资和缩短基建工期，将原设计两水平各布置一个回采工作面，不留预抽面（“一井两面”，即一采区+845m主水平的9#煤层布置9101工作面和在+905m辅助水平的4#煤层布置4101工作面）变更为+905m辅助水平布置一个回采工作面（即在4#煤层布置4101回采工作面）,+850m水平（主水平标高根据煤由+845m整为+850m）留部分水4#煤层距上部12#煤层11.0-23.0m,本煤层厚度为0.69~2.97m,均厚1.63m,煤层相对瓦为20.32m3/t,碾沟煤业开采4#煤层期矿井瓦高为51.31m3/min，为高瓦矿井。

煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术分析摘要：在煤矿生产作业中，瓦斯的钻孔采抽属于治理瓦斯灾害的最主要对策，基于采抽目的以及钻孔层位等进行考虑，瓦斯抽采可以分为多种，主要有穿层钻孔、顶板高位钻孔以及沿煤层钻孔，而根据钻孔类型的不同，施工中所应用的成孔技术也会有所差异。

本研究通过分析煤矿井下抽采瓦斯的施工技术，以期为该项工作提供帮助。

关键词：煤矿井下；瓦斯抽采；钻孔施工技术近几年，过去一些低瓦斯矿井在采煤范围日益扩大以及采煤深度进一步加深的影响下，也逐渐转变成高瓦斯矿井，使煤矿生产的危险性越来越大，并时常有严重的煤矿事故发生。

相关煤矿生产实践结果表明，瓦斯的钻孔采抽属于治理瓦斯灾害的最主要对策。

一、穿层瓦斯的抽采钻孔施工工艺分析穿层钻孔属于有效解决煤矿瓦斯的方法之一。

穿层钻孔在用途以及施工方法上的不同之处有2点[1]：①于煤层底板内施工专有的瓦斯工艺巷，在工艺巷中借助施工上仰钻孔，在穿过可能会突出的危险煤层后，将煤层内的瓦斯抽出，从而缓解煤层内的压力，使煤巷掘进、煤层回采等工作可继续；②于煤层的回风巷道内施工上仰钻孔，在穿过煤层的顶板和周边无法开采的煤层后，对煤层回采期间所产生的采动影响加以利用，将邻近煤层与一些采空区内的瓦斯抽出，从而使回采工作面的瓦斯浓度有所下降。

在煤层底板的施工工艺巷内对瓦斯采取穿层钻孔的抽采方法，通常比较适合在突出危险性较大的松软煤层中应用。

由于此类煤层的松软特质，导致本煤层施工中难以顺着煤层钻孔。

此外，因为瓦斯具有压力大、含量大等特点，若不对煤层瓦斯采取预先抽采的措施，可能会引起煤与瓦斯突出或瓦斯超限情况，因此不得不在瓦斯抽采中应用这一种成本较高的方法。

为了便于施工，通常情况下此类瓦斯抽采的工艺巷均在欲掘进煤巷下方设置，与煤巷相距距离至少为15m。

对于工艺巷中专用钻场，应每相距30～50米的距离就设置一个，每个钻场中的钻孔数量不等，布置成放射状，在瓦斯抽采的范围方面，除了欲掘进巷道中的部分煤层以及受其影响的范围外，还包括回采煤层，保障在进行煤巷掘进、煤层回采等作业时，其工作面的瓦斯在限定范围内。

顶板岩巷网格穿层钻孔抽采瓦斯的实践与探索摘要:本文简要介绍了顶板岩巷网格穿层钻孔抽采辅以机巷顺层钻孔抽采在突出煤层新采区开拓过程中的运用原理、布置方法、注意事项及相关的技术措施,在适宜的条件下实施该措施,可以降低成本,取得较好的经济及安全效益。

关键词:顶板岩巷网格穿层钻孔顺层钻孔突出煤层《防治煤与瓦斯突出规定》第六条规定:防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。

突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。

未按要求采取区域综合防突措施的,严禁进行采掘活动。

淮北矿业集团童亭煤矿86采区7、82煤层具有突出危险性,暂未进行开拓前区域突出危险性预测,根据《防治煤与瓦斯突出规定》第三十三条的规定,末进行区域预测的区域视为突出危险区。

开拓前86采区7、82煤层防突措施暂按突出危险区进行设计,10煤按非突出危险煤层设计。

1 86采区概述86采区主采7、82、10三层煤,整体为长1600m左右不规则菱形块段。

采区煤层走向变化大,主要受五里谷堆背斜影响,大体形成两块煤层倾向、角均不同的地质块段,其倾向变化体现在东部NNE、西部$WW,其倾角变化体现出西部小、东部大这一特点。

采区在中部被F11切割成东、西两块。

煤层底板标高相差较大,最高为-360m,最低为-750m。

2 86采区区域瓦斯治理方案的提出根据86采区瓦斯地质勘探资料,结合相邻82、Ⅱ82及84采区区域瓦斯治理方案,86采区优先开采7煤层作为后期的82煤层的上保护层进行开采。

7煤层作为突出危险煤层,开采前必须对7煤层进行区域瓦斯治理。

开采保护层是进行区域瓦斯治理的一条有效途径,进行保护层开采关键是选择合适的煤层作为保护层。

非突出危险10煤层不能作为7、82煤层的下保护层进行开采,一方面,该区10煤层厚度薄,上距7煤层的垂距大于100m,超过作为下保护层开采的最大保护垂距,另一方面,该区10煤层构造复杂,大面积受冲刷,连续性差,无法进行连续开采,开采后存在大量的岩柱,不能完全保护7煤层。

概论低位穿层钻孔的应用1工作面瓦斯涌出量及安全性分析己15-17工作面开采煤层为己15-17煤层，原始瓦斯含量为3.2～12.04m3/t，瓦斯压力为0.7～2.4MPa，工作面瓦斯储量为655万m3。

通过对己15-17工作面在掘进、回采前低位抽放巷穿层钻孔、回风平巷和运输平巷本煤层钻孔预抽等方法，该工作面钻孔已覆盖空白带，预抽瓦斯钻孔布置均匀。

经过预抽煤层瓦斯后，残余瓦斯含量为2.38～7.77m3/t，小于8m3/t，实际预抽率为32.3%，吨煤钻孔量0.064m/t。

煤层突出危险性已消除，为安全回采创造了有利条件。

根据己15-17回采工作面生产指标，计算得该采面回采期间，采空区瓦斯绝对涌出量为3.68m3/min。

根据采面安全生产情况，按月产4万t进行计算，则己15-17综采工作面回采期间，绝对瓦斯涌出量为8.2m3/min。

分别按瓦斯涌出量、温度条件、最多人数计算需风量，并进行风速验算，最终确定工作面风量达到1845m3/min才符合规定。

己15-17回采工作面回采期间采用导风障的方式对上隅角瓦斯进行综合治理，根据实际情况通过导风障导风方式回采工作面上隅角风量约为800m3/min。

因此上隅角瓦斯浓度预计为1.48%。

由上述数据预测己15-17回采工作面安全生产期间回风流中瓦斯浓度为0.96%。

通过上述数据分析：己15-17回采工作面安全生产期间，采空区瓦斯绝对瓦斯涌出量为 3.65m3/min，造成回采工作面上隅角及回风流瓦斯浓度分别为1.48%、0.96%，致使回采工作面无法进行安全生产，严重制约回采工作面单产单进水平。

因此必须对己15-17回采工作面采空区瓦斯进行治理，确保矿井安全生产。

2低位抽放巷大孔径穿层钻孔设计与施工2.1低位抽放巷穿层钻孔布置根据己15-17采煤工作面回采巷道与区域瓦斯治理体系关系，低位抽放巷大孔径穿层钻孔开孔位置选择在己15-17回风平巷抽放巷下帮，开孔高度选定在距底板1.5m处，钻孔水平角度为0，垂直角度为32°。

底板穿层钻孔预抽采面上隅角瓦斯技术的研究摘要:本文系统分析了工作面瓦斯涌出来源,提出了底板穿层钻孔、本煤层顺层钻孔和工作面浅孔联合抽放瓦斯技术,并对抽放效果进行了对比分析,通过现场工业性试验,取得了良好的抽采效果。

关键词:预抽穿层钻孔上隅角瓦斯Research on Pre-pumping Gas Technology in Face Upper Corner Through Floor Crossing HolesAbstract:The articlepKey Words:Pre-pumping;Floor crossing holes;Gas in face upper corner回采工作面上隅角是瓦斯超限的聚集区,多数瓦斯事故都发生在工作面的上隅角,因此对采面上隅角瓦斯管理是煤矿工作中的重中之重,常用的方法是对上隅角进行封堵、挂导风障,但效果仍不太理想。

本文上隅角瓦斯治理是在风巷底板岩石中做一条岩石抽放巷,在抽放巷内向采面上隅角打大孔径钻孔进行抽放,以解决采面上隅角瓦斯超限问题。

1 工作面概况己15-12041采面位于己二采区上部,是采区的一个首采工作面,该采面走向长1100 m,倾斜宽165 m,煤层厚3.2 m,倾角为10°～12°,瓦斯含量16 m3/t,瓦斯压力2.40 MPa,采煤方式为综采一次采全高,属突出危险工作面。

2 瓦斯涌出规律及特点2.1 瓦斯涌出量分析根据生产过程中实测,煤壁为4～6 m3/min,落煤为2～3 m3/min,上隅角为5～6 m3/min,其它1～2 m3/min,总涌出量为12～18 m3/min。

从测试参数可以看出,煤壁和上隅角涌出量较大,分别占总涌出量的33.3%和41.7%,落煤占16.7%,其它占8.3%。

2.2 特点(1)煤壁:涌出量较大,较为稳定,波动不大,受外界影响不大。

(2)落煤:有一定的波动,波动幅度与割煤速度、落煤量等因素有关系。

瓦斯抽采穿层钻孔施工详细12步法1.所有进行抽采的地点均有抽采工程施工设计和安全技术措施。

钻孔开孔角度误差±1°，开孔位置误差不大于200mm（其他情况除外），穿层钻孔应当穿透全煤及穿岩不小于500mm，否则应当在该钻孔距离不超过500mm的位置补打钻孔。

2.钻孔施工前，施工单位与矿井地测部门确定巷道中腰线，施工单位技术员依据巷道中腰线，按设计标出开孔中心线和所有钻孔开孔点与编号，施工人员严格按照标点位置、设计参数稳钻施工。

孔口悬挂钻孔施工管理牌板，钻机附近或钻场内悬挂钻孔设计参数图表、避灾路线等内容牌板。

3.现场施工人员应当配备参数测量所需要的线绳、皮尺（卷尺）、坡度规、记录本等工具。

钻孔倾角测量以钻机跑道为准，钻孔方位角测量方法以巷道中线为起点进行测量。

建议使用钻孔姿态仪代替人工放线。

4.钻孔施工1～3m时，应对钻孔方位、倾角等实时参数进行复核，复核情况应当及时记录；发现超出误差范围的，应及时进行纠正。

钻孔施工期间应当详实准确记录钻孔见煤（岩）深度、钻进异常情况。

钻孔深度计算时，应采用计数器或其他有效方法记录钻孔内钻杆数量，并对钻孔孔口外钻杆长度进行准确测量。

（一般采用视频监钻）5.采用干式排渣工艺施工时，在钻机回风侧3m范围内悬挂瓦斯检测便携仪，10m范围内设置甲烷传感器，具备超限报警断电功能，瓦斯超限切断巷道内所有非本安型电气设备电源。

同时在钻机下风侧3m内悬挂一氧化碳检测便携仪或在下风侧10m范围内安装一氧化碳传感器。

（具体看各省、企业要求）6.建立专用的防喷抽采系统，即采用专用抽采泵、专用管路，专用防喷装置抽采瓦斯，防止瓦斯喷孔引起巷道风流中的瓦斯超限。

瓦斯抽采一般采用分源管理。

7.岩石段钻孔施工使用静压水的，水压不得低于0.5Mpa,或者采用专用泵进行供水，保证供水满足打钻需要；实施水力冲孔措施时，必须在钻孔施工地点或附近安设专用压力泵，每台压力泵同时供给钻机不得超过两台。

穿层预抽钻孔喷孔原因及防治技术研究与应用张录平【摘要】针对突出煤层穿层钻孔施工过程中频繁发生喷孔而发生瓦斯超限现象,分析了发生喷孔的原因,针对喷孔的类型和强弱程度,采用全封闭式三防装置、钻尾抽采、防延时喷孔等综合措施,杜绝穿层钻孔喷孔造成的瓦斯超限,实现安全施工.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2017(043)012【总页数】5页(P142-145,150)【关键词】打钻喷孔;瓦斯超限;喷孔原因;防治技术【作者】张录平【作者单位】平煤股份勘探工程处,河南省平顶山市,467000【正文语种】中文【中图分类】TD713随着煤矿开采深度和强度的增加，煤与瓦斯突出危险性日趋严重。

平顶山矿区煤层瓦斯含量东部高、西部低，具有明显的区域性和条带性；瓦斯含量己组和戊组高、丁组和庚组低。

平顶山东部矿区普遍采用底板岩巷掩护煤巷掘进的区域瓦斯治理方式，通过在底板巷施工上行穿层钻孔预抽上覆煤层条带瓦斯。

我国煤炭的成煤期多为石炭二叠纪，成煤后经过了多次强烈构造运动，破坏了煤层原生结构，造成煤层结构复杂、煤质松软、渗透性低。

瓦斯封存好、瓦斯含量高、采深及地应力大，使矿井瓦斯问题日益严重，在穿层预抽钻孔施工过程中，由于煤层瓦斯、应力突然释放，造成喷孔，严重的还会造成打钻突出。

打钻过程中造成的瓦斯超限，一直认为是不可避免的问题，平煤股份勘探工程处转型以后，从理念上改变了这种观点。

从治理理念、打钻施工技术、防瓦斯装置等方面进行改进提高，继续探索区域瓦斯治理新途径。

从打钻现场、现象入手，结合瓦斯、地质、施工等方面，分析打钻喷孔的原因，采取防瓦斯超限的新技术和装置，打钻技术、防瓦斯装置的使用为消除打钻过程中瓦斯隐患提供了保障。

平顶山天安煤业股份有限公司十矿己15-24100工作面位于己四采区西翼第四区段，地面标高150～300 m，工作面标高-560～-685 m，埋深720～980 m。

该工作面开采己15煤层，己15煤层厚度1.5～2.6 m，平均厚度为2.1 m，煤层倾角为10°～27°，结构稳定，与己16煤层夹矸0.3～7.5 m，东薄西厚，工作面顶板为厚层状砂质泥岩或砂岩。