高压水力冲孔增透、“两堵一注”技术实践与应用一、问题提出安能煤矿目前正在回采的工作面为10918工作面，剩余可采时间为5个月；接替面为10907工作面，按原来进度预计8个月才能完工。

矿井面临采掘接替失调，主要问题是钻孔施工质量差、顺层钻孔条带预抽效果不理想，导致煤巷月度进尺缓慢。

为了提高接替面10907工作面煤巷掘进进度，缩短顺层钻孔条带预抽时间，国家瓦斯治理工程研究中心金沙工作站在金沙县煤安局的安排下，在安能煤矿开展高压水力冲孔、“两堵一注”、“带压注浆封孔”的试验，以解决煤巷瓦斯预抽时间长、单元允许掘进距离短等问题，为安能煤矿下一步的采面的顺利接替提供技术支持。

二、二、概述1、工作面概况采面接替问题（提高煤巷单进）10907回风巷掘进工作面开采的煤层为C9煤层，根据10905回风巷煤层揭露情况，10907回风巷掘进工作面C9煤层的煤层厚度变化不大，平均厚度2.4m，煤层倾角为3°～7°。

10907回风巷沿煤层走向布置，设计长度为516米，10907回风巷掘进工作面采用放炮掘进，刮板运输机、皮带运输，锚网支护顶板。

2、C9煤层基本情况C9位于P3l中部，上距P3c底界42.01－50.40m，平均45.25m。

层位稳定，呈层状产出，全区稳定。

厚度1.20～2.81m。

煤层结构简单，一般不含夹矸，属半亮、亮煤，块状、条带结构不明显。

顶板上距C8煤11.51m，岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主；底板下距C12煤43.01m，岩性为粉砂岩、粉砂质泥岩及粘土岩，并富产植物化石。

表1 安能煤矿C9煤层瓦斯赋存参数表根据煤科总院抚顺分院实验室2007年3月13日提交的贵州省金沙县安能煤矿C9煤层煤尘爆炸性及自燃倾向鉴定报告，C9煤层煤尘无爆炸危险性，煤层自燃倾向为三类，属不易自燃煤层。

三、10907回风巷原有顺层钻孔抽采效果简介1、钻孔设计、施工及封孔该循环共施工30个顺层钻孔（补孔3个，分别为补18#、补9#、补9’#孔），终孔间距3m，钻孔控制巷道两帮轮廓线外各15m范围；钻孔施工设备为ZYJ-750型液压钻机、φ75㎜钻头及φ50㎜螺旋钻杆；钻进过程中采用水力排渣。

该循环钻孔封孔方式为马丽散两堵，每孔封孔长度8米；该循环允许进尺距离50米，保留超前距距离40米。

2、单孔瓦斯抽采浓度情况孔号孔深(m)倾角（º）封孔前瓦斯浓度（%）封孔后瓦斯浓度（%）合茬抽采后瓦斯浓度（%）孔号孔深(m)倾角（º）封孔前瓦斯浓度（%）封孔后瓦斯浓度（%）合茬抽采后瓦斯浓度（%）1 32 5 19 19 31 17 102 2 19 19 212 41 5 22 22 29 18 673 18 18 213、单元瓦斯抽采量及抽采时间情况该循环钻孔控制范围内煤层瓦斯资源总量为166909.4m³，抽采时间为2016年7月2日至8月2日（共计32天），预抽瓦斯量为115117.88m³，抽采率计算如下：N=Qc÷Q气×100%式中：N——煤层瓦斯预抽率，%。

Q气——煤层瓦斯储量，m³。

Qc ——已抽瓦斯量，m³。

则：N=115117.88÷166909.4×100% =68.9%四、优化施工工艺1、钻孔设计该循环共施工27个顺层钻孔，终孔间距3m，钻孔控制巷道两帮轮廓线外各15m范围；该循环允许进尺距离70米，保留超前距距离20米。

2、钻孔施工加强措施及成型保障该循环钻孔施工设备为ZYJ-750型液压钻机，配套φ50㎜螺旋钻杆。

为增强钻孔抽采效率，采取加大钻孔孔径的措施。

开孔选用φ75㎜钻头施工，钻孔施工到位后，换φ94㎜钻头进行全程扩孔。

为保障钻孔成型完好，首先对钻机进行加固，增设2个立足，减少施工过程中钻机偏摆幅度；其次钻孔在第一次钻机和之后的扩孔过程中，钻压保持稳定，保证匀速钻进，提高了钻孔的平直率；施工过程中密切观察孔口水力排渣情况，及时调整供水量，确保排渣顺畅、彻底。

3、水力冲孔增透措施应用为增加煤层透气性、排净钻孔内煤渣及减少钻孔封孔时下封孔管的难度，该循环钻孔采取了高压水力冲孔增透技术。

由于安能煤矿供水管路水压不足，本次水力冲孔采用型号为W(GRB)315/31.5 的矿用乳化泵站供高压水。

水力冲孔过程：钻孔扩孔至孔底后，打开高压供水阀，加大转速，对孔壁煤层进行高压水力冲洗的同时，慢速退出钻杆。

10 95 5 72 4 2016年8月22日853 11.859 95 3 72 4 2016年8月23日841 11.68 3、“两堵一注”、“带压注浆封孔”新工艺应用该循环顺层钻孔采取“两堵一注”、“带压注浆封孔”的封孔新工艺。

钻孔注浆时采用多次加压注浆，水泥浆比例按水灰比0.8:1配比浆液；该循环所有钻孔倾角均为0°或以上，所有按图1方式封孔；钻孔注浆至回浆管返浆后，间隔20分钟左右后，再从回浆管继续注浆，压力要求达到2--3MPa，次数不少于2次后，注浆结束。

图1 封孔示意图4、单孔瓦斯抽采浓度考察每个孔注浆结束至少24小时后，方可合茬抽采，以确保钻孔内水泥浆能够充分凝固。

表4 10907回风巷第二循环单孔浓度统计备注：停抽钻孔与其它钻孔串孔。

5、单元瓦斯抽采量及抽采时间考察该循环所有钻孔从8月19日起全部合茬抽采，截止到9月4日（共17天），预抽瓦斯量为112540.93m³，该循环钻孔控制范围内煤层瓦斯资源总量为173713.88m³，截止9月3日的抽采率计算如下：N=Qc÷Q气×100%式中：N——煤层瓦斯预抽率，%。

Q气——煤层瓦斯储量，m³。

Qc ——已抽瓦斯量，m³。

则：N=112540.93÷173713×100% =64.8%五、效果考察分析1、单孔瓦斯抽采浓度考察分析通过表2、表4对两个循环的钻孔浓度考察情况，10907原有顺层钻孔单孔平均抽采浓度23%；采取水力冲孔增透等措施后，单孔平均抽采浓度41%，单孔抽采浓度提高18%。

2、单元瓦斯抽采量考察分析通过两个循环抽采量统计情况，10907原有顺层钻孔单元抽采时间32天，预抽量共计115117.88m³；采取水力冲孔增透等措施后，单元抽采时间17天，预抽量共计112540.93m³，两相比对，抽采效率提高60%，单元抽采时间缩短15天左右。

3、综合成本考察分析1）未采取水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺前，每循环钻孔控制范围90m，允许掘进50m；采取水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺前，每循环钻孔控制范围90m，允许掘进70m；同样350m巷道，原来需要施工7个循环顺层钻孔，现在只需要施工5个循环顺层钻孔，平均每百米巷道节省钻孔量1200米，按照矿钻孔单价结算9元/米计算，平均每百米巷道减少成本9600元；2）根据表5的对比结果，采用“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺后，单孔封孔成本增加320元/孔；结合钻孔数量减少情况综合计算得出，每百米巷道增加封孔成本6350元；综合计算后，平均每百米巷道减少成本3250元3）采取水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺等加强措施后，每循环抽采时间节省15天，再扣除封孔、注浆及浆液凝固时间3天，每循环节省抽采时间12天；同样350m巷道，节约了2个循环钻孔施工及抽采时间72天，以及采取加强措施后的5个循环对比之前节省抽采时间60天.综合计算后，平均每百米巷道节省时间37天。

六、强化现场管理1、定标准：制定专项施工、验收、考核标准，加强动态监管，严把钻孔质量关。

2、严开孔：开孔按设计挂线标点，定方位角、倾角及开孔位置。

3、保直钻进：开孔选用φ75㎜钻头施工，钻孔施工到位后，换φ94㎜钻头进行全程扩孔，钻进轻压慢转，控制钻进速度，杜绝快速钻进，保证钻孔畅通，排渣正常。

4、封孔严：封孔采用多次加压注浆封孔工艺。

5、盯关键：每班由平安公司及矿安排专人全程监管钻孔施工质量及封孔，重点监管水力冲孔、封孔、注浆等关键环节。

6、严验收：严格执行“五个流程”钻孔验收办法，即检查成孔后、封孔前、封口后、合茬前、合茬后的瓦斯浓度，浓度不低于40%。

7、重问责：不符合钻孔施工、验收、考核标准的，追查处理。

七、结论实践证明，采用水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺有以下优点：1、单孔的抽采浓度平均提高18%，单元抽采时间平均缩短11天，有效的提高了抽采效率，实现了抽采最大化；2、单孔封孔成本有所增加，但通过综合成本计算后，每百米巷道的成本节约3250元，因此，采取水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺也具备一定的经济效益；3、平均每百米巷道节省时间37天，能够大幅度提高煤巷进尺进度，有效的缓解矿井采掘接续紧张的现状。

八、存在问题及下一步工作打算1、改进钻孔施工设备本次顺层钻孔施工设备为ZYJ-750型液压钻机，存在功率小、重量轻的缺点，装用φ94㎜钻头时，无法一次成型施工钻孔，造成钻孔2次施工，增加了人工及时间成本；配套的φ50mm钻杆与φ94㎜钻头直径差过大，钻进过程中排查不彻底，影响钻孔成型。

下一步顺层钻孔施工，矿方要换用大功率钻机，φ94㎜及以上钻头要配套φ73㎜螺旋钻杆，以确保钻孔施工效率及成型。

2、优化顺层钻孔设计本次顺层钻孔设计孔径为94㎜，为进一步加强单孔抽采效率，以后的顺层钻孔可设计为孔径为108㎜的钻孔，如果单孔抽采效果有显著提高，可以在之后的每循环减少钻孔数量，进一步达到减成本、增效率的目的。

3、合理选择水力冲孔的水压本次顺层钻孔在水力冲孔期间，对高压水水压的选择还存在经验不足的缺陷，其中部分钻孔冲孔水压过大，造成孔口孔径过大，增加的封孔的难度与注浆量。

在以后钻孔的冲孔过程中，根据每个循环煤层实际的硬度，考察不同的冲孔水压及冲孔长度，封孔段以里要预留适当的不进行冲孔的长度，并总结经验数据，以便更好地指导现场实际工作的开展。

4、推广应用囊袋封孔新工艺“马丽散+水泥浆”的“两堵一注”、“带压注浆封孔”的封孔工艺还存在着操作时间长、过程复杂的缺点。

目前，淮南矿业集团已经大面积推广“FKJW-50/0.5型封孔囊袋+ JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂”的封孔新工艺。

该工艺以“二堵一压”带压注浆封孔工艺为理论依据，主要适用于煤矿井下各种钻孔的封孔。

利用注浆泵通过注浆管将封孔器两端囊袋快速充填、膨胀，与钻孔壁紧密接触，形成密闭区域，达到爆破压力时，开始充填两囊袋中间的封闭段，直至注浆压力达到所要求的过程称之为“二堵一压”。

从而实现多层封孔，保证良好的密封效果。

产品使用安全，连接好后直接送入钻孔从而实现封孔自动化，具有操作简单、使用方便、降低劳动强度、提高工作效率的特点。