谢桥矿顺层钻孔中压注水增透应用技术

张振雷

摘要：谢桥煤矿随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力进一步增大，突出危险性加大，但是由于矿井可采煤层透气性系数低，煤体松软，施工顺层钻孔成孔后易发生孔壁坍塌，造成抽采通道堵塞，抽采效果差，抽采达标困难，不利于矿井安全生产和水平正常接替。为此，通过总结改进穿层钻孔水力压裂增透工作的相关经验，在我矿1362（3）上顺槽采取了先中压增透，后施工顺层预抽钻孔考察的方式，进行中压注水增透技术试验，通过对我矿6煤层原始煤体实施中压注水，考察煤层中压注水的影响范围，优化顺层钻孔抽采设计，提高钻孔抽采效果，缩短抽采达标时间，并取得了适应我矿松软煤层的中压注水工艺。

关键词：顺层钻孔;中压注水;增透

1 工作面概况

1362（3）工作面位于东二C组13-1煤采区，工作面所处13-1煤层整体呈向南倾斜的单斜构造，煤层整体赋存稳定，煤厚2.7～7.2m，均厚6.0m，煤层产状为：185°～205°∠12°～15°，黑色，粉末状～块状，玻璃～油脂光泽，属半亮型煤。在底抽巷实测该区域13-1煤层最大原始瓦斯压力1.9Mpa，最大原始瓦斯含量6.0m³/t，工作面采取顺层钻孔预抽煤层瓦斯的区域防突措施，钻孔平面投影间距5m，双排三花布置。

2 中压注水实施概况

自 5月11日开始进行中压注水工作，已累计完成注水钻孔11个，其中1-6#钻孔孔深64m，钻孔平均布置间距40m，7-11#孔深109m，钻孔平均布置间距20m，最大单孔注水量145.4m³，最大注水压力21Mpa。

3.中压注水设备选择

1362（3）上顺槽水力压裂选用BZW200系列智能化高压注水泵 。BZW200系列智能化高压注水泵站由2台BZW200系列智能化高压注水泵、1台SX-3000Ⅱ型水箱、1台KXJR-127E型矿用隔爆兼本质安全型乳化泵站用控制箱组成。BZW200/56型智能化高压注水泵，额定压力56MPa，额定流量200L/min，电机功率220Kw，额定电压660V/1140V。

水力压裂泵安设在距水力压裂钻孔50～200m的范围内，井下供水管连接至高压注水泵水箱进水口，通过压裂泵加压后，用两路Φ19mm高压胶管，连接到压裂钻孔的高压封孔管上，将高压水流输送至钻孔内，压裂孔孔口处的高压封孔管上安设卸压阀。

4.压裂钻孔封孔工艺

顺层水力压裂钻孔采用囊袋配合膨胀水泥封孔，封孔深度30m。

(1)向孔内送入Φ42mm高压注水管32米，其中最里端为一根花管，其余为实管管（孔口为1根带19快接的实管），最里端注水花管采用纱网包裹并用铁丝包紧，在距离孔口30m处座底（座底囊袋固定在第30m处套管上，囊袋上端采用铁丝扎牢，下端采用透明胶布固定，堵头使用透明胶布缠绕后固定在套管上，囊袋外套一层编织袋以保护孔底袋，编织袋上端用铁丝扎紧固定在套管上，防止下管过程中囊袋被碰坏）。

（2）孔口囊袋固定在注水实管上（囊袋两端采用透明胶布缠绕固定），孔口预留0.3m左右，以避开破碎带。

（3）注浆封孔：采用注浆泵压注水泥浆（特效水泥）方式进行注浆，两袋注浆料和水一起使用配成一桶浆料，待返浆管返浆后，将返浆管扎牢，继续注浆直至达到1.5-2Mpa停止注浆。若注浆过程中发现异常情况，如发现孔口袋破损出浆或瓦斯管内出浆，应立即停泵，扎紧注浆管，改作返浆管注0.5-0.8MPa。

5 压裂钻孔间距选择

5.1钻孔布置依据

为考察压裂钻孔间距，根据谢桥矿原1351（3）底抽巷面内压裂钻孔影响半径（走向及倾向均为60m）情况，结合顺层钻孔封孔强度，施工初期设计钻孔间距按40m布置，设定注水压力20Mpa，孔内下入φ42mm的水力压裂套管，采用囊袋配合膨胀水泥封孔，封孔深度30m。

5.2 考察

压裂初始未控制压裂水量，最大注水量145.4 m³/孔，压裂期间巷道帮部锚索（最远距离钻孔12m）存在淋水现象、底板也在不同程度底鼓，为考察压裂效果，在压裂钻孔周围按5m间距布置抽采钻孔，共计施工7个抽采钻孔，按孔深20m、60m、80m定点取样测定原始及压裂后煤层含水率情况。

5.3 间距初定

根据煤层含水率测定，5#钻孔距离压裂钻孔25m，含水率已接近煤层原始含水率，按煤层含水率4%的标准有效影响范围10m，最终拟定压裂钻孔采用20m间距布置，采用相邻钻孔交替压裂的方式进行。

6 效果考察

6.1、单元抽采纯量增加，单元抽采计量自6月20日形成，截至7月31日共计合茬抽采钻孔58个，单元平均浓度37.9%，平均单孔抽采纯量0.08 m3/min，较1351（3）工作面水力压裂后平均的单孔纯量0.045 m3/min/孔增加了0.035 m3/min/孔。

6.2、单孔抽采纯量增加，考察3#压裂钻孔周边两个钻孔（12#、13#顺层钻孔）、2个原始压裂钻孔（15#、17#压裂钻孔未压裂）单孔浓度及流量情况。

受压裂影响，压裂影响范围内钻孔裂隙较发育，部分裂隙与巷道产生沟通，压裂影响区域内单孔浓度较压裂前平均降幅较大，压裂前单孔平均考察浓度52.1%，压裂后降为36.6%，降幅30.8%。但单孔纯量较压裂前增加明显，平均增幅0.035m³/min/孔。

中压注水前平均单孔考察抽采纯量为0.06m³/min，注水后平均单孔考察抽采纯量增至0.19 m³/min，平均增长316%。

6.3、煤层含水率增加明显，通过考察，压裂钻孔20m范围内平均煤层含水率为3.7%，含水率较原始煤层增加205%。

图1 注水钻孔定点煤样含水率曲线

7 结语

7.1 通过在1362(3)上顺槽工作面实施煤层中压注水试验，形成了谢桥矿包括钻孔设计、施工、封孔及注水实施、效果检验和安全防护措施等中压注水关键成套技术，为提高抽采效率，实现抽采达标，确保煤矿安全生产厂打下夯实的基础。

7.2 压裂后注水钻孔周围10m范围内煤层含水率达4%以上，压裂钻孔20m范围内平均煤层含水率为3.7%，含水率较原始煤层增加205%，可以替代工作面回采期间浅孔或顺层钻孔注水，达到了超前降尘的目的。

7.3 实施煤层中压注水后，顺层钻孔单孔浓度较中压注水前平均降幅较大，中压注水前单孔平均考察浓度52.1%，注水后降为36.6%，降幅30.8%。但单孔纯量增加明显，中压注水前平均单孔考察抽采纯量为0.06m³/min，注水后平均单孔考察抽采纯量增至0.19 m³/min，平均增长316%，可缩短预抽时间2~3个月，效果非常明显，可推广应用。

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