高 明 路 璐

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000）

目前底抽巷穿层水力造穴是新景公司在高突危险性煤层的一项常规消突技术措施，原理是将煤层下部岩层作为安全屏障由底板岩巷向煤层打抽放钻孔，并利用高压水射流在突出煤层中冲出若干个直径较大的孔洞[1]，同时排出一定量的破碎煤体及大量瓦斯气体，在孔洞周围形成一定范围的卸压区，提高区域内煤体透气性，达到消突目的[2]。

底抽巷穿层水力造穴措施虽能较好地实现消突效果，但需在煤层下部施工底抽岩石巷，大大增加了工程投入，且煤巷的掘进效率受到了底抽巷施工进度的限制。为达到“一通三防”降成本工作要求，新景公司在15#煤15124 走向岩石低位抽采巷试验下向穿层机械造穴技术，从而代替底板抽采巷，减少岩巷工程量，提高佛洼15#突出煤层掘进效率，并为下一步推广应用下向穿层机械造穴技术积累宝贵经验。

1 工程背景

施工地点为15124 低位抽采巷掘进工作面，位于15#煤佛洼采区北翼西部。工作面煤层赋存较稳定，结构简单，属中灰、中硫的优质无烟煤，煤层平均厚度5.08 m，15#煤下部隔着平均厚度1.49 m的夹石层发育有15#下煤。

15124 低抽巷布置于距15#煤层顶板8 m 左右的层位中，沿K2 石灰岩中部的泥岩由南向北掘进，岩层倾角2°～7°，巷道设计长度2 086.24 m。在15124 低位抽采巷施工下向造穴钻孔目的是保护15124 回风巷煤巷掘进。

15124 回风巷沿15#煤层顶板布置，采用见顶见底掘进方式，巷道设计长度2 055.26 m，巷道断面为矩形，净宽5 m，净高5 m，净断面25 m2，低位抽采巷与回风巷水平间距为15 m。

2 下向穿层钻孔设计方案

15124 低位抽采巷口往里210 m 处开始下向造穴孔施工区段，单组设计7 个钻孔（2#、3#、4#、5#为造穴孔，其余为普通抽采钻孔），钻孔组间距5 m，最长钻孔43.8 m，最短钻孔13.8 m，每组钻孔工程量为172.2 m，设计钻孔终孔保护顺层条带下轮廓线左右15 m 范围，施工试验组10 组。

由于15#煤与15#下煤中间有夹矸（均厚1.49 m），故实际钻孔深度以穿透15#下煤进入底板0.5 m 为准。钻孔施工设计如图1，钻孔位置参数见表1。

图1 钻孔布置设计图

表1 钻孔位置参数表

3 下向穿层机械造穴工艺及装备

3.1 试验装备

采用钻机型号为ZDY10000LPS 机械式煤层造穴卸压装置，钻杆为直径89 mm 的三翼钻杆，钻头为直径133 mm（扩孔直径550 mm）的自动开合式扩孔钻头，如图2。

图2 钻机实物图

3.2 工艺流程

（1）机械水刀开合试验

作业前，为保证装置的可靠使用，应在孔口进行刀臂开合试验。开机后调整清水泵站使用压力，使水压逐渐升高，观察刀臂开始打开时的压力以及完全打开时水压（正常打开时泵站压力为1.5～2 MPa），保证机械刀臂开合正常后方可开始施工。

（2）打钻作业

① 正常打钻时采用高低压转换接头连接钻头和钻杆，将清水泵站压力调至慢1 或慢2 档；

② 依次启动泵站和钻机，待孔口返水正常后开始钻进，直至打完一根钻杆[3]；

③ 依次停钻、停泵，手动卸下高低压转换接头，并加接钻杆（严禁动力头反向旋转，防止造成掉杆）；

④ 重复步骤①和②，直至正常打钻作业完毕。

（3）造穴作业

① 使用自动开合式机械扩孔装置连接钻头和钻杆，钻孔施工至开始穿煤层（15#煤）前按照正常打钻作业操作流程，通过钻孔返水颜色和旋转压力确定进入煤层，开始按照设计造穴的钻孔进行机械造穴作业（2#、3#、4#、5#为造穴孔，需对15#煤穿层造穴）；

② 确定穿层钻进至需扩孔造穴的煤层时，停止推进，保持动力头旋转，将泵站档位调整至快2 档（泵站压力为3～4 MPa），待刀臂完全打开，待孔口返水正常后开始缓慢推进（扩孔时钻机旋转压力为5～10 MPa）；

③ 重复加杆作业，直至机械水刀穿过15#煤层（钻孔返水由黑色变为白色，钻机旋转压力增大）。

（4）钻孔排渣除水作业

① 钻孔按设计要求施工完毕后，先用高压水进行返水排渣，将泵站档位调整至快2 档最大流量，启动泵站、钻机，待孔内返水正常后，将钻机旋转手柄打至“正转”位，冲洗钻孔直至返水变清为止；

② 停机停泵后，将高压风管与钻机高压旋转接头连接，通过压风进行排水除渣，直至孔内积水和煤渣返出量很少为止；

③ 排水除渣作业完毕时，退出自动开合式机械扩孔装置，钻孔施工完毕。

4 抽采效果

钻孔施工10 组后，对试验钻孔采用“一堵一注”水泥砂浆封孔工艺，封孔深度1～9 m。封好钻孔后先用堵头将孔口堵好，待注入水泥浆凝固24 h 后连接抽放。每组钻孔安装一个放水集气装置，并安设导流管，用于测定抽采流量、负压、浓度等参数[4]。对试验阶段的10 组共70 个钻孔的瓦斯抽采情况进行统计，累计抽采45 d 后，经过分析统计的数据发现主管抽采浓度35.4%～48.2%，平均为41.6%，抽采纯量为1.76～2.62 m3/min，平均为2.21 m3/min。钻孔抽采浓度及纯量情况如图3。

图3 钻孔抽采浓度及纯量

5 结论

（1）结合新景公司15#煤层地质情况及工程实际，研究制定了15124 低位抽采巷下向造穴钻孔施工方案，以保护下覆煤层回风巷左右15 m 范围，实现区域消突卸压，保障矿井安全生产的目的。

（2）采用大扭矩机械式煤层造穴钻机搭配开合式扩孔钻头，经过反复试验总结出一套适合现场实际、安全可靠的施工工艺流程。

（3）通过对试验钻孔抽采浓度分析汇总，主管抽采浓度达到41.6%，瓦斯抽采量达到2.21 m3/min，抽采效果良好。下向造穴技术为矿井提高衔接水平，实现降本提效积累了宝贵经验。