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     孫守義1，2  黃  良1,3,4  李希建1,3，4  何登華2  王  偉2  王超群2

  （1．貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴州省貴陽市，550025;2．貴州發(fā)耳煤業(yè)有限公司，貴州省六盤水市，756404;3．復(fù)雜地質(zhì)礦山開采安全技術(shù)工程中心，貴州省貴陽市，550025：4．貴州省非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點(diǎn)試驗(yàn)室，貴州省貴陽市，550025）

  摘  要  為解決下行孔積水影響瓦斯抽采難題，分析了發(fā)耳煤礦現(xiàn)有的下行孔瓦斯抽采

技術(shù)存在的問題，研制出了一種壓風(fēng)排水裝置。在發(fā)耳煤礦10702頂板抽放巷應(yīng)用表明：試

驗(yàn)鉆孔瓦斯?jié)舛茸罡呖蛇_(dá)87%，單孔抽采純量最高可達(dá)0. 63 m3／min，單孔最高抽采純量

為普通孔的1. 34倍，該裝置的應(yīng)用有效地解決了下行孔因積水影響瓦斯抽采效果難題。

  關(guān)鍵詞  瓦斯抽采  下行孔  壓風(fēng)排水排水裝置  中圖分類號  TD713.3  

  保護(hù)層開采和穿層預(yù)抽煤體瓦斯是目前最有效最直接的防治煤與瓦斯突出措施，預(yù)抽煤體瓦斯不僅能預(yù)防和降低煤與瓦斯突出可能性，還能有效解決采掘過程中工作面瓦斯超限問題。隨著煤礦開采深度延伸和開采強(qiáng)度的加大，礦井瓦斯災(zāi)害越來越嚴(yán)重，煤礦瓦斯涌出量不斷增加，瓦斯抽采越顯重要。但由于受施工條件、施工工藝限制在預(yù)抽煤體瓦斯時不得不施工下行鉆孔，在下行孔施工過程中受水文地質(zhì)及煤層含水率等自然因素影響，孔內(nèi)往往會積存大量的水和煤渣而不易排出，進(jìn)而阻塞煤層中瓦斯流動的裂隙通道，增大瓦斯抽采阻力，并且在松軟煤層中，鉆孔中積水長時間浸泡孔壁煤體  還可能會導(dǎo)致鉆孔踏孔，瓦斯流動通道被堵，使鉆孔失效或瓦斯抽采效果受到嚴(yán)重影響。

  1  礦井概況及問題提出

  發(fā)耳礦井（一期）位于貴州省六盤水市水城縣南部的發(fā)耳礦區(qū)，含煤47～78層，平均總厚46. 90 m。其中可采及局部可采煤層19層，平均總厚26. 82 m。從淺到深比較穩(wěn)定及較穩(wěn)定的煤層依次是1 #、3 #、5 -2 #、5 - 3#、7 #、10#、12 #、13 -1#、13 -2 #、14 #、16 #、17#、23 -2 #共13層，平均總厚度19. 42 m�，F(xiàn)開采5-3#煤層15301工作面，15 301工作面位于1#煤層10101工作面采空區(qū)和3#煤層10301工作面采空區(qū)正下方。1#煤層、3#煤層已經(jīng)開采，5-2#煤層未開采，在1#煤層、3#煤層開采后5-3#煤層部分煤體得到了卸壓保護(hù)，但15301工作面仍然有110 m不在卸壓保護(hù)范圍內(nèi)（從15301切眼對應(yīng)的保護(hù)線外沿著走向方向向外110 m），為了節(jié)約資源同時達(dá)到安全開采的目的，發(fā)耳礦施工15301底抽巷作為區(qū)域防突措施消除5-3#煤層未保護(hù)的110 m范圍，并將15301底抽巷作為15 301工作面 對應(yīng)的下部7#煤層10702工作面頂抽巷抽采卸壓煤體瓦斯，但在施工下行孔預(yù)抽7#煤層卸壓瓦斯期間，鉆孔積水嚴(yán)重，部分鉆孔受孔內(nèi)積水影響，瓦斯?jié)舛纫欢冉档?%以下，嚴(yán)重影響鉆孔瓦斯抽采效果。在鉆孔施工過程中，下行孔施工到設(shè)計位置后，利用鉆桿壓風(fēng)，將孔內(nèi)積水一次性排出，但該方法只能排出鉆孔內(nèi)少部分積水，且不能多次排水，一旦封孔連抽以后孔內(nèi)積水就無法再次排出，導(dǎo)致孔內(nèi)積水不斷增加，鉆孔不能有效利用，瓦斯得不到有效抽采。為了解決因10702頂抽巷施工的下行鉆孔孔內(nèi)積水問題，設(shè)計了一種壓風(fēng)排水裝置對下行孔進(jìn)行定期排水，以提高鉆孔利用率和瓦斯抽采率。

  2  排水裝置介紹

  排水裝置由孔內(nèi)結(jié)構(gòu)和孔外排水結(jié)構(gòu)兩部分組成，如圖1所示。孔內(nèi)結(jié)構(gòu)部分：排水管采用長3800 mm、直徑Ø16 mm PVC管，PVC管之間用 Ø20 mm PE管相連接，并用細(xì)鐵絲進(jìn)行綁扎。排水管一頭插入距鉆孔孔底1 m左右，一頭與孔口排水裝置內(nèi)的Ø16 mm鍍鋅鋼管連接，孔底的一節(jié)Ø16mm PVC管需加工成篩管；孔外排水結(jié)構(gòu)：孔口排水裝置由Ø50 mm鍍鋅鋼管加工，一端敞口，另一端用鐵板焊接密封，鐵板中心留設(shè)Ø16 mm的排水

孔，并焊接Ø16 mm的螺母，內(nèi)側(cè)用Ø16 mm鍍鋅鋼管與鐵板中心預(yù)留孔進(jìn)行焊接，用于排水（瓦斯抽采期間用Ø16 mm的螺栓連接，確保不漏氣）。孔內(nèi)結(jié)構(gòu)用Ø50mm連抽軟管與鉆孔外露的封孔桿、瓦斯管多通頭相連，與封孔桿搭接長度不得小于150mm，兩端搭接采用鐵絲綁扎，且每端綁扎道數(shù)不少于4匝，確保排水期間不漏氣和被壓風(fēng)壓力沖脫。

3  使用方法

3.1  鉆孔積水檢查方法

  鉆孔正常抽采期間，卸下排水裝置上Ø16 mm的螺栓，若向鉆孔內(nèi)吸氣，即可判定鉆孔內(nèi)無積水，反之鉆孔積水，需及時進(jìn)行排水。需注意的是若鉆孔內(nèi)Ø16 mm PVC排水管脫落、排水管未伸人孔底會造成誤判鉆孔內(nèi)無積水，故需經(jīng)常對排水管的安裝情況進(jìn)行抽查。

3.2鉆孔排水方法及原理

  要排出孔內(nèi)積水，壓縮空氣在密封鉆孔內(nèi)所形成的壓力為：

式中：P-----壓縮空氣在密封鉆孔內(nèi)所形成的壓力，Pa；

  經(jīng)計算該礦使用壓風(fēng)機(jī)提供風(fēng)壓能滿足現(xiàn)場排水壓力。排水前，關(guān)閉單孔閥門，將排水裝置與壓風(fēng)多通閥門進(jìn)行連接，連接好后打開壓風(fēng)，逐漸增大，鉆孔內(nèi)積水受壓風(fēng)壓力作用通過Ø16 mm PVC排水管排出，鉆孔積水排完后，恢復(fù)排水裝置及測流孔螺栓，打開單孔閥門進(jìn)行抽采。

4現(xiàn)場應(yīng)用及效果分析

  10702工作面為15301工作面下方對應(yīng)的7#煤層工作面。15301底抽巷位于5 -3#煤層和7#煤層之間，故該巷道即是15301底抽巷同時也是10702頂抽巷，故選擇10702工作面頂抽巷右?guī)?號鉆場設(shè)計施工試驗(yàn)鉆孔和對比鉆孔各3個，孔徑均為94 mm，鉆孔具體參數(shù)見表1。

  根據(jù)現(xiàn)場打鉆情況，對鉆孔完成后統(tǒng)一連抽，對比組鉆孔不排水，試驗(yàn)孔連接上該裝置，每天進(jìn)行一次排水，排水后20 min對單孔和支管濃度進(jìn)行測定，連續(xù)觀測14 d，結(jié)果如圖2所示，對比組鉆孔隨著時間增加，孔內(nèi)積水不斷增加，5d以后單孔濃度和瓦斯抽采量均不斷降低，出現(xiàn)濃度升高次數(shù)相應(yīng)減少，濃度增加時間相對集中在前5d，且增加濃度較小，最高單孔瓦斯?jié)舛葹?0%，單孔瓦斯抽采純量為0. 47m3／min。而安裝了排水裝置的試驗(yàn)組鉆孔在觀測時間內(nèi)單孔瓦斯?jié)舛群屯咚辜兞慷继幵谳^高水平，且10 d以后濃度衰減才開始較為明顯，在前10 d普遍存在濃度回升現(xiàn)象，最高單孔瓦斯?jié)舛冗_(dá)到87%，單孔瓦斯抽采純量高達(dá)0.63 m3／min，相比對比鉆孔高1.34倍。

5結(jié)語

  分析了現(xiàn)有下行孔瓦斯抽采存在積水影響問題，結(jié)合發(fā)耳煤礦具體情況，研制出了壓風(fēng)排水裝置。介紹了壓風(fēng)排水裝置原理及使用方法，該裝置現(xiàn)場應(yīng)用解決了該礦下行孔瓦斯抽采孔積水問題。該裝置能實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，多次排水，操作安全、簡單，不需要購買過多過大的其他設(shè)備，為煤礦瓦斯治理節(jié)約了成本。

  和對比孔相比，試驗(yàn)鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采純量都保持在較高水平，試驗(yàn)孔濃度衰減時間推后了5d左右，且衰減之后仍然有上升趨勢，衰減速率小于對比孔。試驗(yàn)孔單孔濃度高達(dá)87%，最大單孔純量為對比孔的1. 34倍，較為明顯地改善了瓦斯抽采濃度，提高了鉆孔利用效率。