掘进工作面气相压裂消突技术应用

吴长擂

（山西长平煤业有限公司，山西 晋城 048006）

0 引言

煤矿井下掘进进度是评价煤矿安全高效生产的指标之一，在瓦斯含量高、煤层渗透性低的矿井中进行掘进工作，具有煤与瓦斯突出的危险，因此，在掘进之前应采取措施消除突出，本文研究了气相压裂技术在掘进工作面的应用，对于指导突出煤体的安全掘进具有重要意义。

1 工程概况

长平矿主采3#煤层，煤体自身强度低，井下掘进工作面施工过程中，煤层瓦斯压力值高、渗透性低，具有突出危险。如底抽巷过穿层段，由于泥岩或砂质泥岩底板较软，穿层段巷道严重超高，煤体易片帮、冒落，造成短时间瓦斯大量涌出，导致巷道瓦斯超限。因此，非常有必要对巷道进行气相压裂消突。

2 气相压裂抽采增透技术方案

2.1 压裂钻孔参数

在5302回风巷掘进头布置钻孔，计划采用双孔压裂方案，方案参数见表1，单排布置5个钻孔，其中抽放孔3个，压裂钻孔2个，水平间距1.6m、距顶1.0-2.0m，压裂钻孔参数见表1，钻孔方案设计见图1。

表1 5302工作面回风巷气相压裂方案

图1 5302工作面回风巷掘进工作面气相压裂方案

2.2 抽采钻孔参数

孔号：1#、3#、5#；钻孔直径：Φ113mm；钻孔深度：见设计图1；开孔高度：见设计图1；压裂孔角度：方位角见设计图图1倾角：根据掘进前方煤层倾向确定，一般为：煤层倾角+1度；压裂钻孔两堵一注膨胀水泥封孔长度10～18m，全程下筛管，如果由于客观原因，无法达到设计封孔深度，效果考察时不予考察。

2.3 施工工艺

施工压裂钻孔，钻孔成孔后，及时将压裂管、封孔器、推杆等推进钻孔，启动压裂；施工抽采钻孔要详细记录打钻过程中的动力现象。打一个钻孔，封一个钻孔，联网一个钻孔，要求全程下筛管，封孔深度10～18m。监测：单孔瓦斯抽采浓度、单孔瓦斯抽采纯流量、支管路瓦斯抽采浓度和纯流量，连续观测7天。

3 气相压裂方案优化

在气相压裂施工过程中，原有气相压裂方案获得了以下效果：

1）抽采效果显著提高；

2）掘进期间瓦斯不超标；

3）K1值不超标。

但由于每掘进70m为一个循环，气相压裂施工接替较为频繁，巷道掘进速度未获得显著提升，根据以往进行的80m双孔压裂试验及其优点，可以认为：80m循环双孔压裂试验在原有60m双孔试验优点的基础上，提高了循环单进与巷道月进尺，更有利于试验工作面的连续快速生产。

为更有效地提高巷道掘进速度，减少施工接替情况，借鉴80m双孔压裂方案，在5302、4322工作面增加使用“2+12”的技术方案，2个80m的压裂孔，12个100m的抽采孔，每循环压裂过后掘进80m，用以提高巷道单进水平，在掘进工作面前方布置2个压裂钻孔，12个瓦斯抽采钻孔，钻孔设计参数见表2，钻孔设计方案见图2，钻孔参数详情如下：

3.1 压裂钻孔参数

孔号：2#、5#；钻孔直径：Φ113mm；钻孔深度：见设计图2；开孔高度：见设计图2；压裂孔角度：方位角见设计图2，倾角：根据掘进前方煤层倾向确定，一般为：煤层倾角+1度；压裂钻孔两堵一注膨胀水泥封孔长度10～18m，全程下筛管，如果由于客观原因，无法达到设计封孔深度，效果考察时不予考察。

3.2 瓦斯抽采钻孔参数

孔 号 ：1#、3#、4#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#；钻孔直径：Φ113mm；钻孔深度：见设计图2；开孔高度：见设计图2；压裂孔角度：方位角见设计图2倾角：根据掘进前方煤层倾向确定，一般为：煤层倾角+1度；压裂钻孔两堵一注膨胀水泥封孔长度10～18m，全程下筛管，如果由于客观原因，无法达到设计封孔深度，效果考察时不予考察。

3.3 施工工艺

施工压裂钻孔，钻孔成孔后，及时将压裂管、封孔器、推杆等推进钻孔，启动压裂；施工抽采钻孔要详细记录打钻过程中的动力现象。打一个钻孔，封一个钻孔，联网一个钻孔，要求全程下筛管，封孔深度10～18m，在方案的执行中，必须严格把关6个关键技术环节：可靠测试瓦斯含量、优化钻孔位置、保障钻孔和封孔质量、突出参数效果检验。

图2 5302、4322掘进工作面气相压裂方案

表2 压裂钻孔参数

4 敏感突出危险性指标考察及消突效果评价

4.1 敏感突出危险性指标测试情况

为评价气相压裂方案的消突效果，在井下巷道布置测点对相关数据进行了实测，得出的K1值测试数据见表3。

4.2 气相压裂卸压增透消突效果评价

每天巷道掘进之前，测试工作面前方的钻屑解吸指标K1值。通过对7条压裂巷道压裂过后卸压钻孔施工情况及防突参数K1值的统计分析，说明气相压裂实现了巷道掘进期间的消突卸压，极大降低了巷道突出危险性。打钻动力现象大幅减少，卸压钻孔施工变得容易，效率加快。压裂过后巷道压裂段的掘进过程中，防突参数K1值均未超过0.4，最大值0.37，平均0.34。实现了巷道的安全掘进。

表3 K1值测试数据

5 结 论

1）为保证掘进工作面的安全，采用了气相压裂增透技术，在5302回风巷掘进头布置钻孔，计划采用双孔压裂方案，对相关钻孔参数进行了设计，并根据5302掘进工作面的压裂效果，在5302、4322工作面进行了方案优化。

2）为评价气相压裂效果，测定了K1值，结果表明：压裂过后巷道压裂段的掘进过程中，防突参数K1值均未超过0.4，最大值0.37，平均0.34，实现了巷道的安全掘进。