1優(yōu)化穿層鉆孔封孔長度參數(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)泥巖和細砂巖巖層中。

1．2鉆爆法施工的巷道巖石松動圈影響范圍

2713工作面底板抽放巷與所解放煤巷空間關(guān)系為內(nèi)錯布置，掘進方式為鉆爆法施工，支護方式為錨網(wǎng)噴支護。大量的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)表明，在采礦和深部地下工程中，圍巖松動圈普遍存在，小的為20～30cm，大的超過300cm，在較穩(wěn)定圍巖中開掘的一般巷道中，巷道巖石松動圈范圍一般為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圍巖產(chǎn)生的松動圈裂隙對底抽巷穿層鉆孔封孔的嚴密性影響范圍是有限的，一味增加封孔段長度取得的密封效果與封孔成本的增加相比，得不償失，因此有必要進行封孔長度的研究與試驗，按相關(guān)瓦斯抽采技術(shù)標準，確定車集煤礦穿層抽放鉆孔合理的封孔技術(shù)參數(shù)。

2封孔效果對比試驗方案

（1）試驗區(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，對于見煤深度大于20m的鉆孔，分別使用13mPE管和20mPE管進行交叉封孔，之后對2種不同封孔長度的鉆孔封孔效果進行持續(xù)觀測和跟蹤，觀測指標主要為鉆孔抽放濃度和流量。通過一段時間（預(yù)定為60d）的觀測，對比分析觀測數(shù)據(jù)，以確定最經(jīng)濟有效、合理的封孔長度。

（2）試驗鉆孔。2713底抽巷導(dǎo)向點DC10至DC點前22m之間的區(qū)域共設(shè)計有鉆孔49個，根據(jù)試驗方案要求，見煤深度大于20m的鉆孔共有28個，為確保試驗效果的可比性，對鉆孔穿煤段相近的鉆孔進行編組，并采取13mPE與20mPE管交叉封孔的方式進行對比試驗。

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

3試驗數(shù)據(jù)分析

（1）鉆孔濃度對比分析。根據(jù)對比試驗過程中采集的鉆孔濃度觀測數(shù)據(jù)，繪制鉆孔濃度變化曲線圖（藍色曲線為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度下鉆孔濃度的高低以及變化情況。189、190號鉆孔濃度對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)出一定的波動性，但總體效果顯示，使用13mPE管與20mPE進行封孔，其抽放濃度無明顯差異。

（2）抽放流量對比分析。根據(jù)對比試驗過程中采集的鉆孔流量觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，試驗鉆孔流量較為穩(wěn)定，各次觀測數(shù)據(jù)變化幅度不大，為便于對比分析，計算出試驗期間鉆孔平均流量，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管封孔的鉆孔無明顯下降的情況。

4經(jīng)濟成本分析

根據(jù)“兩堵一注法”封孔工藝要求，對比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)計算，使用13mPE管進行封孔相比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，通過選取鉆孔抽放濃度、流量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行綜合對比分析，優(yōu)化封孔技術(shù)方案，不僅能夠大量節(jié)省成本，達到封孔工藝性價比的最優(yōu)化，具有較好的經(jīng)濟效益，而且不改變原本的封孔操作方式，不會對現(xiàn)場工人的操作產(chǎn)生負面影響。

（2）通過封孔工藝優(yōu)化對比試驗，為以后的封孔工藝設(shè)計和優(yōu)化提供了較好的參考經(jīng)驗，不僅能夠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益，而且對于提高整個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