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摘要：在低透气性突出煤层煤巷掘进工作面，瓦斯超限、掘进速度缓慢、掘进成本高及煤与瓦斯突出的危险性随时都可能发生。为了解决这一系列问题，本文结合松软低透气性煤层问题背景，从打钻的角度，结合变孔径掏穴卸压技术进行了低透气性突出煤层强化增透的技术研究。研究表明：应用变孔径的钻孔卸压增透技术，通过对已施工好的下向穿层钻孔实施掏穴扩孔后，实际钻进出煤量相应增加，钻孔的卸压影响范围增大，钻孔周围的煤体变形和透气性增大，抽采瓦斯效果显著提高，值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用。
关键词：增透 卸压 突出煤层
一、问题背景
近年来，煤炭开采深度逐渐加大。对于地应力大、瓦斯压力大、瓦斯含量高、透气性差的深部煤层，煤与瓦斯突出危险性较大；为防止煤与瓦斯突出，揭煤前，必须首先采取瓦斯抽放、瓦斯排放等措施来消突。但对于透气性差的突出煤层，单纯进行瓦斯抽放，效果差，抽放时间长，增加揭煤工期和费用。
用钻孔抽放煤层瓦斯是目前国内常用而有效的方法，具有施工速度快，钻场布置机动灵活等特点，但由于钻孔直径小，孔壁产生的裂隙小，抽放效果不如巷道抽放好。通过加大钻孔的直径和数量，提高孔口抽放负压，可以弥补后者的不足，但必须有一整套适合我国煤矿钻孔抽放瓦斯的装备，才能达到理想的抽放效果。
影响煤的透气性的因素有：
（1）煤的孔隙结构。瓦斯在煤中的流动状态取决于煤的空隙直径，直径在0.1～1微米的中孔，构成瓦斯缓慢层流渗透区；直径1～100微米的大孔，构成速度较快的层流渗透区；直径0.01厘米至更大的肉眼可见的孔隙和裂隙，构成层流与紊流的混合渗透区，这类孔隙在煤的总孔隙中占的比重越大，则其渗透性能越好。
（2）煤的裂隙。地质构造的变动或采掘时的影响，煤层的原生构造遭到破坏而生成新的裂隙和断裂，致使煤的渗透性增大。
（3）地应力。煤承受载荷时渗透性能降低，这是由于煤的裂隙和孔隙缩小和闭合所致；卸除载荷时则相反。煤层采掘时，由于集中应力的影响，煤体压缩变形，孔隙率降低，影响瓦斯渗透；反之，因卸压作用，孔隙和裂隙张开扩大，煤体伸张变形，同时还将生成新的裂隙，渗透率就会增大，利于瓦斯渗透。
（4）煤的水分。煤被水湿润后，由于水分占据了煤的孔隙，渗透率降低，阻碍瓦斯流动，渗透率降低的程度与煤的水分大小有关。
二、穿层钻孔煤层段变孔径掏穴卸压增透强化抽采瓦斯技术
消突效果主要取决于预抽瓦斯效果，透气性越高，预抽瓦斯效果越好。穿层钻孔施工后在煤体中形成空洞，钻孔周围煤体在地应力的作用下发生位移，产生裂隙，促使煤体卸压，局部透气性提高。钻孔出煤量可以直观地反映煤体卸压程度，出煤量越大，影响范围越大，卸压效果越好。
煤层段钻孔掏穴施工工艺：
（1）更换钻头。钻孔均采用压风排渣钻进（移动空压机供风，风压为1～1.2MPa）。先使用€%O133mm 钻头穿过煤层进入底板0. 5m，准确记录见止煤位置； 起钻在孔外更换扩孔钻头，并确保扩孔钻头在压风作用下能正常打开。
（2）扩孔钻进。施工前，待压风全部打开，孔口瓦斯浓度≤0. 5%时，方可开始旋转钻进施工。开始扩孔钻进前，先把扩孔钻头不带风送入孔内见煤处100mm 以上，然后缓慢开启压力风，钻杆只旋转不给进，待扩孔钻头双翼完全打开后，方可正常扩孔钻进。扩孔期间，应轻压慢转钻进，确保煤屑充分排至孔外，每扩孔钻进1～2m，必须用瓦斯便携仪检查孔口风排瓦斯浓度；扩孔钻头钻至煤层位置时，保持孔内压风，待孔内煤屑排净后方可撤钻。
（3）撤钻。撤钻前，先停止旋转，关闭压风，待双翼钻头复位后，方可缓慢撤钻。
在不同直径钻头穿煤期间，记录煤孔长度，统计掏出煤量，计算每米掏出煤量（煤密度按1.4€？03 kg/m3 计算） ，通过比较掏出煤量大小判定掏煤效果。在煤层中施工穿层钻孔，施工前煤体受压，钻孔钻进后，实际出煤量比钻孔理论出煤量大；扩孔后，钻孔出煤量显著增加，如钻孔C和钻孔D，分别增加了2.43倍和1.35倍； 由于煤的不均质性，在煤体相对松软区域，钻孔出煤量大大增加，如钻孔D和钻孔A相比，€%O133mm 钻孔D 实际出煤量是钻孔A 的5.31倍，而€%O220mm 钻孔D实际出煤量是钻孔A 的3. 98倍，即随着钻孔直径的增加，钻孔出煤量增大的倍数呈降低趋势，钻孔卸压的均匀性相对要好。因此，实施扩孔掏穴后，掏穴钻孔对周围煤体的扰动增加，钻孔周围煤体的变形增大，透气性提高，卸压更加充分，有利于提高钻孔预抽瓦斯的消突效果。
随着钻孔直径的增加，钻孔出煤量增大的倍数呈降低趋势，也就是说钻孔孔径并不是越大约好，为便于比较，将扩孔后的出煤量折算为平均孔径。试验期间共考察了6 个€%O113mm 钻孔、10 个€%O133mm 钻孔和12 个€%O220mm 掏穴钻孔的排出煤量。顾北矿6-2煤具体条件，当孔径由113mm 提高到133mm 时，随着钻孔孔径的增加，成孔后折算的平均孔径对比施工孔径由1.42 倍增大到1.76 倍；当孔径由133mm提高到220mm时，成孔后钻孔的平均孔径对比施工孔径由1. 76 倍降为1.46倍。表明： 当钻孔直径较小时，提高孔径对钻孔周围卸压范围的增大较为明显，当钻孔直径增大到一定时，钻孔周围卸压范围增大的趋势将趋于缓和。因此，现场施工时，应根据钻孔施工难度、成本和速度等综合因素合理优化确定扩孔孔径。
（作者单位：义煤集团孟津煤矿有限责任公司）
关键词：增透 卸压 突出煤层
一、问题背景
近年来，煤炭开采深度逐渐加大。对于地应力大、瓦斯压力大、瓦斯含量高、透气性差的深部煤层，煤与瓦斯突出危险性较大；为防止煤与瓦斯突出，揭煤前，必须首先采取瓦斯抽放、瓦斯排放等措施来消突。但对于透气性差的突出煤层，单纯进行瓦斯抽放，效果差，抽放时间长，增加揭煤工期和费用。
用钻孔抽放煤层瓦斯是目前国内常用而有效的方法，具有施工速度快，钻场布置机动灵活等特点，但由于钻孔直径小，孔壁产生的裂隙小，抽放效果不如巷道抽放好。通过加大钻孔的直径和数量，提高孔口抽放负压，可以弥补后者的不足，但必须有一整套适合我国煤矿钻孔抽放瓦斯的装备，才能达到理想的抽放效果。
影响煤的透气性的因素有：
（1）煤的孔隙结构。瓦斯在煤中的流动状态取决于煤的空隙直径，直径在0.1～1微米的中孔，构成瓦斯缓慢层流渗透区；直径1～100微米的大孔，构成速度较快的层流渗透区；直径0.01厘米至更大的肉眼可见的孔隙和裂隙，构成层流与紊流的混合渗透区，这类孔隙在煤的总孔隙中占的比重越大，则其渗透性能越好。
（2）煤的裂隙。地质构造的变动或采掘时的影响，煤层的原生构造遭到破坏而生成新的裂隙和断裂，致使煤的渗透性增大。
（3）地应力。煤承受载荷时渗透性能降低，这是由于煤的裂隙和孔隙缩小和闭合所致；卸除载荷时则相反。煤层采掘时，由于集中应力的影响，煤体压缩变形，孔隙率降低，影响瓦斯渗透；反之，因卸压作用，孔隙和裂隙张开扩大，煤体伸张变形，同时还将生成新的裂隙，渗透率就会增大，利于瓦斯渗透。
（4）煤的水分。煤被水湿润后，由于水分占据了煤的孔隙，渗透率降低，阻碍瓦斯流动，渗透率降低的程度与煤的水分大小有关。
二、穿层钻孔煤层段变孔径掏穴卸压增透强化抽采瓦斯技术
消突效果主要取决于预抽瓦斯效果，透气性越高，预抽瓦斯效果越好。穿层钻孔施工后在煤体中形成空洞，钻孔周围煤体在地应力的作用下发生位移，产生裂隙，促使煤体卸压，局部透气性提高。钻孔出煤量可以直观地反映煤体卸压程度，出煤量越大，影响范围越大，卸压效果越好。
煤层段钻孔掏穴施工工艺：
（1）更换钻头。钻孔均采用压风排渣钻进（移动空压机供风，风压为1～1.2MPa）。先使用€%O133mm 钻头穿过煤层进入底板0. 5m，准确记录见止煤位置； 起钻在孔外更换扩孔钻头，并确保扩孔钻头在压风作用下能正常打开。
（2）扩孔钻进。施工前，待压风全部打开，孔口瓦斯浓度≤0. 5%时，方可开始旋转钻进施工。开始扩孔钻进前，先把扩孔钻头不带风送入孔内见煤处100mm 以上，然后缓慢开启压力风，钻杆只旋转不给进，待扩孔钻头双翼完全打开后，方可正常扩孔钻进。扩孔期间，应轻压慢转钻进，确保煤屑充分排至孔外，每扩孔钻进1～2m，必须用瓦斯便携仪检查孔口风排瓦斯浓度；扩孔钻头钻至煤层位置时，保持孔内压风，待孔内煤屑排净后方可撤钻。
（3）撤钻。撤钻前，先停止旋转，关闭压风，待双翼钻头复位后，方可缓慢撤钻。
在不同直径钻头穿煤期间，记录煤孔长度，统计掏出煤量，计算每米掏出煤量（煤密度按1.4€？03 kg/m3 计算） ，通过比较掏出煤量大小判定掏煤效果。在煤层中施工穿层钻孔，施工前煤体受压，钻孔钻进后，实际出煤量比钻孔理论出煤量大；扩孔后，钻孔出煤量显著增加，如钻孔C和钻孔D，分别增加了2.43倍和1.35倍； 由于煤的不均质性，在煤体相对松软区域，钻孔出煤量大大增加，如钻孔D和钻孔A相比，€%O133mm 钻孔D 实际出煤量是钻孔A 的5.31倍，而€%O220mm 钻孔D实际出煤量是钻孔A 的3. 98倍，即随着钻孔直径的增加，钻孔出煤量增大的倍数呈降低趋势，钻孔卸压的均匀性相对要好。因此，实施扩孔掏穴后，掏穴钻孔对周围煤体的扰动增加，钻孔周围煤体的变形增大，透气性提高，卸压更加充分，有利于提高钻孔预抽瓦斯的消突效果。
随着钻孔直径的增加，钻孔出煤量增大的倍数呈降低趋势，也就是说钻孔孔径并不是越大约好，为便于比较，将扩孔后的出煤量折算为平均孔径。试验期间共考察了6 个€%O113mm 钻孔、10 个€%O133mm 钻孔和12 个€%O220mm 掏穴钻孔的排出煤量。顾北矿6-2煤具体条件，当孔径由113mm 提高到133mm 时，随着钻孔孔径的增加，成孔后折算的平均孔径对比施工孔径由1.42 倍增大到1.76 倍；当孔径由133mm提高到220mm时，成孔后钻孔的平均孔径对比施工孔径由1. 76 倍降为1.46倍。表明： 当钻孔直径较小时，提高孔径对钻孔周围卸压范围的增大较为明显，当钻孔直径增大到一定时，钻孔周围卸压范围增大的趋势将趋于缓和。因此，现场施工时，应根据钻孔施工难度、成本和速度等综合因素合理优化确定扩孔孔径。
（作者单位：义煤集团孟津煤矿有限责任公司）