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摘要：随着矿井开采深度和强度的增大，煤层瓦斯含量和地应力不断增强，使得煤层透气性降低，突出危险性严重，危险矿井安全生产。根据多年的现场实践应用证明，区域防突技术能够更有效安全的消突治理瓦斯灾害，目前，区域性防突技术措施主要有开采保护层和预抽煤层瓦斯，而单一突出煤层在煤巷掘进时，利用岩石底板巷穿层钻孔预抽煤巷瓦斯技术提高煤层透气性及瓦斯抽采率进行区域防突显得极其重要。本文主要分析穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯布置方式研究。
关键词：穿层钻孔;瓦斯抽采;钻孔布置;抽采效果
引言
穿层钻孔参数设计依据煤层瓦斯抽采有效半径的测定，目前测定的方法主要有压力法与流量法，而这些方法测定时间较长且操作复杂。
1、矿井（采区）基本情况
1.开采煤层赋存情况
矿井可采煤层为4#、5#、9# 煤层（主采煤层为4#和9#煤层），均为无烟煤，4#、9#煤为Ⅱ级自燃煤层、煤尘无爆炸危险性，矿井水文地质条件为中等。各煤层赋存及层间距情况如下：
4#煤层：位于龙潭组上部，上距龙潭组顶界平均27.10m，上距标二（B2）平均2.72m。厚度0.27～3.36m，平均1.77m，煤层厚度变化大。煤层结构较简单，含夹石0～2层，一般0～1层，夹石厚0.14～0.67m，岩性为泥岩或炭质泥岩，属大部可采、稳定煤层。
5#煤层：位于龙潭组上部，上距4号煤层平均13.95m，煤层厚0.39～1.30m，平均1.01m，煤层结构简单，含夹石0～1层，多为单一结构，为大部可采煤层，属较稳定煤层。
9#煤层：位于龙潭组中部，上距5号煤层平均11.35m，下距标三（B3）约5.5m，厚度0.82m～4.45m，平均2.53m，煤层厚度变化大（南厚北薄），全区可采，属较稳定煤层，煤层结构简单，均为单一结构。4、9号煤层均为Ⅱ类自燃煤层，煤尘无爆炸性。
2.突出危险性鉴定情况
根据中煤科工集团重庆研究院鉴定报告结论：高山煤矿4#煤层在一采区+1114m标高以上到F3、F4断层及11号拐点连线之间测点范围内不具有煤与瓦斯突出危险性;5#煤层在一采区+1022m标高以浅至F3、F4断层连线圈定的范围内不具有煤与瓦斯突出危险性;9#煤层具有煤与瓦斯突出危险性，为突出煤层。
2 巷道布置及主要技术参数
（1）工作面巷道布置
1905运输顺槽位于主斜井东北方向，与+1000m胶带大巷相连。1905运输顺槽岩巷段以+3‰坡度施工，直至掘露9#煤层，巷道设计为直墙半圆拱断面，巷道净宽4500mm，净高3550mm，采用锚网喷支护（已施工完毕）;煤巷段设计为梯形断面，净宽4200mm，巷道沿煤层顶板掘进，中高为2900mm。
1905工作面回风顺槽设计长度445m;1905回风顺槽设计为梯形断面，巷道净宽4800mm，沿煤层顶板掘进，巷中净高为2800mm。
（2）工作面巷道的几何参数、支护形式、工作面运输、回风巷标高、收作线位置、采高、预计回采时间
1905运输顺槽开口点位于+1000m胶带大巷A#点（参考坐標：X=2995289.4、Y=35627578.3）。设计从A#点按NE81°方位、+3‰坡度掘进掘露9#煤层，然后沿9#煤层顶板掘进至156m后，按NE56°方位掘至切眼位置;岩巷段设计为直墙半圆拱断面，巷道净宽4500mm，净高3550mm，+3‰施工，采用锚网喷支护;煤巷段设计为梯形断面，净宽4200mm，巷中净高为2800mm，巷道沿煤层顶板掘进。巷道标高+1015-1106m。
1905综采工作面预计平均采高2.6米，预计回采时间为2021年4月。
3瓦斯预抽方案设计
1905运输顺槽掘进工作面采用穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯，控制范围从1905底抽巷施工穿层钻孔控制1905运输巷道轮廓线外两帮各20米范围。
底抽巷穿层钻孔设计布置情况：底抽巷穿层抽放钻孔按组平行排列，每组11个钻孔，组间距5m，31组钻孔，共计341个钻孔，钻孔工程量10391m。钻孔控制1905运输顺槽走向165m，控制巷道两帮各20m，控制面积为S=（L-H1-H2+2R）（lfalse-h1-h2+2R）= （165-0-0+2×3）×（44.8-0-0+2×3）=6169.2㎡。钻孔见煤点间距4.4m，组间距5m。
4施钻条件对比
在采用钻场施工穿层钻孔时，施钻不受巷道掘进影响，可以与巷道掘进同时进行，同时施钻产生的煤泥可以利用巷道运输系统外运，不会占用巷道空间。但受掘进进度影响，1次最多只能有2个钻场同时施钻。（2）在采用巷内平行布置穿层钻孔时，因施钻在巷道掘进完毕后进行，其钻机及配套设施摆放于巷道内，可以多台钻机同时施钻，既能同时完成多组穿层钻孔的施工，又能保障抽采达标时间一致。
5抽采钻孔密度的影响
瓦斯抽采钻孔对煤体的损伤破坏，除了受钻孔直径影响外，还与抽采钻孔的密度有关。在负压为不低于-13kPa、实际地应力和孔径为94mm条件下，探讨不同瓦斯抽采钻孔密度（排距1m、3m、5m、7m）时，瓦斯抽采孔周边浓度变化和抽采影响范围。从现场试验可以得出：1）在相同应力条件下，多个抽采孔的应变会比单个抽采孔应变大，也就是煤体压缩的量更大，同时最大应变点也是应力集中的位置。然而孔距对于应变的影响不大，这是由于孔径和孔距相比差了两个数量级的缘故，所以可以忽略不计。2）孔距为1m时，对于两孔中间的煤体抽采效果是最好的，随着孔距的提升，两孔中间的煤体的瓦斯压力也是增加的，这也说明了多个抽采孔对于瓦斯抽采的效率是有很大提升的。为了更好地对比抽采效率，取中间两抽采孔连线的中心点作为参考，通过比较相同抽采时间内该点的瓦斯压力，来对比得到抽采效率。 6裂隙钻孔封孔工艺
封孔工艺采用两堵一注带压封孔，封孔使用封孔器采用“两堵一注”封孔工艺。钻孔成孔后根据见煤位置确定所需封孔长度，穿层钻孔封孔深度全程下管，封孔注浆段长度为15m。成孔后将筛孔管下入孔底，然后下入封孔器及返浆管，通过注浆管路注入速凝膨胀封孔剂浆液，注入的浆液先注入到两端的囊袋中，使两端的囊袋鼓起，达到密封钻孔两端的作用，当注浆压力达到0.8～1.0MPa时，注浆管路预留的爆破阀门自动爆破，继续注入的浆液将两囊袋之间注满浆液，使浆液渗入封孔段四周裂隙，观察注浆泵压力表，待压力达到1.5Mpa时终止注浆。
7抽采效果
钻孔施工同时进行瓦斯抽采，瓦斯抽采负压28.5kPa，通过对瓦斯抽采纯流量、抽采体积分数统计和分析发现：单孔最高瓦斯抽采体积分数95%。从2019年10月开始施工，至2020年2月底累计抽采瓦斯30587.04m3，实现300m×35m×3m条带瓦斯含量降低0.75 m?/t的目标，抽采前测定瓦斯含量5.7m3/t，预计预抽效果达到4.95m3/t。其中，至2019年12月7个钻孔全部施工完毕，瓦斯抽采纯流量达到最高。之后4个月，月抽采瓦斯纯流量在6000～8000m3，累计抽采43713m?，抽采量稳定。巷道掘进前施工校验孔组测定钻孔覆盖区域煤层瓦斯压力约0.2MPa，瓦斯含量4.7m3/t，顺利达到了掘进目标，2020年5月至6月该矿已对钻孔预抽條带中煤巷安全高效掘进。
结束语
1905运输顺槽施工穿层钻孔有钻场内施钻和巷内施钻2种方式，在底抽巷施工完毕的情况下，选择巷内施工穿层钻孔，工程量较小，钻孔轨迹偏移量也小，在掘进过程中防突检测指标合格率高，回风流中瓦斯浓度低，能保证1905运输顺槽施工更安全。
参考文献
[1]张杰，王毅，黄寒静.软煤气动螺杆钻具定向钻进技术与装备[J].煤田地质与勘探，2020，48（2）：36–41.
[2]张杰，王毅，石浩.大直径超前定向对穿钻孔负压除尘技术研究与应用[J].煤炭科学技术，2018，46（4）：52–57.
[3]姚宁平，王毅，姚亚峰，等.我国煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备进展[J].煤田地质与勘探，2020，48（2）：1–7.
[4]姚克，田宏亮，姚宁平，等.煤矿井下钻探装备技术现状及展望[J].煤田地质与勘探，2019，47（1）：1–5.
[5]董洪波，姚宁平，马斌，等.煤矿井下坑道钻机电控自动化技术研究[J].煤田地质与勘探，2020，48（3）：219–224.
关键词：穿层钻孔;瓦斯抽采;钻孔布置;抽采效果
引言
穿层钻孔参数设计依据煤层瓦斯抽采有效半径的测定，目前测定的方法主要有压力法与流量法，而这些方法测定时间较长且操作复杂。
1、矿井（采区）基本情况
1.开采煤层赋存情况
矿井可采煤层为4#、5#、9# 煤层（主采煤层为4#和9#煤层），均为无烟煤，4#、9#煤为Ⅱ级自燃煤层、煤尘无爆炸危险性，矿井水文地质条件为中等。各煤层赋存及层间距情况如下：
4#煤层：位于龙潭组上部，上距龙潭组顶界平均27.10m，上距标二（B2）平均2.72m。厚度0.27～3.36m，平均1.77m，煤层厚度变化大。煤层结构较简单，含夹石0～2层，一般0～1层，夹石厚0.14～0.67m，岩性为泥岩或炭质泥岩，属大部可采、稳定煤层。
5#煤层：位于龙潭组上部，上距4号煤层平均13.95m，煤层厚0.39～1.30m，平均1.01m，煤层结构简单，含夹石0～1层，多为单一结构，为大部可采煤层，属较稳定煤层。
9#煤层：位于龙潭组中部，上距5号煤层平均11.35m，下距标三（B3）约5.5m，厚度0.82m～4.45m，平均2.53m，煤层厚度变化大（南厚北薄），全区可采，属较稳定煤层，煤层结构简单，均为单一结构。4、9号煤层均为Ⅱ类自燃煤层，煤尘无爆炸性。
2.突出危险性鉴定情况
根据中煤科工集团重庆研究院鉴定报告结论：高山煤矿4#煤层在一采区+1114m标高以上到F3、F4断层及11号拐点连线之间测点范围内不具有煤与瓦斯突出危险性;5#煤层在一采区+1022m标高以浅至F3、F4断层连线圈定的范围内不具有煤与瓦斯突出危险性;9#煤层具有煤与瓦斯突出危险性，为突出煤层。
2 巷道布置及主要技术参数
（1）工作面巷道布置
1905运输顺槽位于主斜井东北方向，与+1000m胶带大巷相连。1905运输顺槽岩巷段以+3‰坡度施工，直至掘露9#煤层，巷道设计为直墙半圆拱断面，巷道净宽4500mm，净高3550mm，采用锚网喷支护（已施工完毕）;煤巷段设计为梯形断面，净宽4200mm，巷道沿煤层顶板掘进，中高为2900mm。
1905工作面回风顺槽设计长度445m;1905回风顺槽设计为梯形断面，巷道净宽4800mm，沿煤层顶板掘进，巷中净高为2800mm。
（2）工作面巷道的几何参数、支护形式、工作面运输、回风巷标高、收作线位置、采高、预计回采时间
1905运输顺槽开口点位于+1000m胶带大巷A#点（参考坐標：X=2995289.4、Y=35627578.3）。设计从A#点按NE81°方位、+3‰坡度掘进掘露9#煤层，然后沿9#煤层顶板掘进至156m后，按NE56°方位掘至切眼位置;岩巷段设计为直墙半圆拱断面，巷道净宽4500mm，净高3550mm，+3‰施工，采用锚网喷支护;煤巷段设计为梯形断面，净宽4200mm，巷中净高为2800mm，巷道沿煤层顶板掘进。巷道标高+1015-1106m。
1905综采工作面预计平均采高2.6米，预计回采时间为2021年4月。
3瓦斯预抽方案设计
1905运输顺槽掘进工作面采用穿层钻孔预抽区段煤层瓦斯，控制范围从1905底抽巷施工穿层钻孔控制1905运输巷道轮廓线外两帮各20米范围。
底抽巷穿层钻孔设计布置情况：底抽巷穿层抽放钻孔按组平行排列，每组11个钻孔，组间距5m，31组钻孔，共计341个钻孔，钻孔工程量10391m。钻孔控制1905运输顺槽走向165m，控制巷道两帮各20m，控制面积为S=（L-H1-H2+2R）（lfalse-h1-h2+2R）= （165-0-0+2×3）×（44.8-0-0+2×3）=6169.2㎡。钻孔见煤点间距4.4m，组间距5m。
4施钻条件对比
在采用钻场施工穿层钻孔时，施钻不受巷道掘进影响，可以与巷道掘进同时进行，同时施钻产生的煤泥可以利用巷道运输系统外运，不会占用巷道空间。但受掘进进度影响，1次最多只能有2个钻场同时施钻。（2）在采用巷内平行布置穿层钻孔时，因施钻在巷道掘进完毕后进行，其钻机及配套设施摆放于巷道内，可以多台钻机同时施钻，既能同时完成多组穿层钻孔的施工，又能保障抽采达标时间一致。
5抽采钻孔密度的影响
瓦斯抽采钻孔对煤体的损伤破坏，除了受钻孔直径影响外，还与抽采钻孔的密度有关。在负压为不低于-13kPa、实际地应力和孔径为94mm条件下，探讨不同瓦斯抽采钻孔密度（排距1m、3m、5m、7m）时，瓦斯抽采孔周边浓度变化和抽采影响范围。从现场试验可以得出：1）在相同应力条件下，多个抽采孔的应变会比单个抽采孔应变大，也就是煤体压缩的量更大，同时最大应变点也是应力集中的位置。然而孔距对于应变的影响不大，这是由于孔径和孔距相比差了两个数量级的缘故，所以可以忽略不计。2）孔距为1m时，对于两孔中间的煤体抽采效果是最好的，随着孔距的提升，两孔中间的煤体的瓦斯压力也是增加的，这也说明了多个抽采孔对于瓦斯抽采的效率是有很大提升的。为了更好地对比抽采效率，取中间两抽采孔连线的中心点作为参考，通过比较相同抽采时间内该点的瓦斯压力，来对比得到抽采效率。 6裂隙钻孔封孔工艺
封孔工艺采用两堵一注带压封孔，封孔使用封孔器采用“两堵一注”封孔工艺。钻孔成孔后根据见煤位置确定所需封孔长度，穿层钻孔封孔深度全程下管，封孔注浆段长度为15m。成孔后将筛孔管下入孔底，然后下入封孔器及返浆管，通过注浆管路注入速凝膨胀封孔剂浆液，注入的浆液先注入到两端的囊袋中，使两端的囊袋鼓起，达到密封钻孔两端的作用，当注浆压力达到0.8～1.0MPa时，注浆管路预留的爆破阀门自动爆破，继续注入的浆液将两囊袋之间注满浆液，使浆液渗入封孔段四周裂隙，观察注浆泵压力表，待压力达到1.5Mpa时终止注浆。
7抽采效果
钻孔施工同时进行瓦斯抽采，瓦斯抽采负压28.5kPa，通过对瓦斯抽采纯流量、抽采体积分数统计和分析发现：单孔最高瓦斯抽采体积分数95%。从2019年10月开始施工，至2020年2月底累计抽采瓦斯30587.04m3，实现300m×35m×3m条带瓦斯含量降低0.75 m?/t的目标，抽采前测定瓦斯含量5.7m3/t，预计预抽效果达到4.95m3/t。其中，至2019年12月7个钻孔全部施工完毕，瓦斯抽采纯流量达到最高。之后4个月，月抽采瓦斯纯流量在6000～8000m3，累计抽采43713m?，抽采量稳定。巷道掘进前施工校验孔组测定钻孔覆盖区域煤层瓦斯压力约0.2MPa，瓦斯含量4.7m3/t，顺利达到了掘进目标，2020年5月至6月该矿已对钻孔预抽條带中煤巷安全高效掘进。
结束语
1905运输顺槽施工穿层钻孔有钻场内施钻和巷内施钻2种方式，在底抽巷施工完毕的情况下，选择巷内施工穿层钻孔，工程量较小，钻孔轨迹偏移量也小，在掘进过程中防突检测指标合格率高，回风流中瓦斯浓度低，能保证1905运输顺槽施工更安全。
参考文献
[1]张杰，王毅，黄寒静.软煤气动螺杆钻具定向钻进技术与装备[J].煤田地质与勘探，2020，48（2）：36–41.
[2]张杰，王毅，石浩.大直径超前定向对穿钻孔负压除尘技术研究与应用[J].煤炭科学技术，2018，46（4）：52–57.
[3]姚宁平，王毅，姚亚峰，等.我国煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备进展[J].煤田地质与勘探，2020，48（2）：1–7.
[4]姚克，田宏亮，姚宁平，等.煤矿井下钻探装备技术现状及展望[J].煤田地质与勘探，2019，47（1）：1–5.
[5]董洪波，姚宁平，马斌，等.煤矿井下坑道钻机电控自动化技术研究[J].煤田地质与勘探，2020，48（3）：219–224.