?一、工程概述
為提高塊煤率、瓦斯抽采率及降低煤塵，根據(jù)12407綜采工作面鉆孔預(yù)裂設(shè)計方案及礦方相關(guān)要求，結(jié)合現(xiàn)場實際，需在12407綜采工作面，對煤層進(jìn)行超前鉆孔預(yù)裂。為確保超前鉆孔預(yù)裂施工安全，特編制本施工安全技術(shù)措施。
二、鉆孔布置技術(shù)參數(shù)及要求、施工工藝
1、鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)
采用ZDY3200S型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)：鉆孔深度：350/100m，鉆桿直徑：63.5/73mm，鉆桿長度1.5m，額定轉(zhuǎn)速：50~175r/min，主軸傾角：0~±900，給進(jìn)行程：600mm。泵電動機(jī)型號：YBK2-225S-4，泵電壓660/1140，適用鉆孔深度：350/100m，終孔直徑：150/200mm。
2、預(yù)裂鉆孔布置參數(shù)
（1）預(yù)裂單排鉆孔布置參數(shù)
在回風(fēng)順槽鉆機(jī)及預(yù)裂設(shè)備布置，從回風(fēng)順槽畫好的點位置及角度向運(yùn)輸順槽鉆孔，沿平行工作面方向布置一組鉆孔，在回風(fēng)順槽1600米，布置1#鉆孔，依次向外布置2#、3#……，根據(jù)煤層薄厚起伏變化，當(dāng)采高為2.4m時，鉆孔布置在采高中間位置，即1.2m處，當(dāng)采高為3m時，鉆孔布置在采高中間位置，即1.5m處。實驗階段1600m（1#鉆孔離停采線距離），鉆孔預(yù)裂應(yīng)超前工作面不低于150m。根據(jù)地質(zhì)資料，在實施區(qū)域內(nèi)，當(dāng)遇到斷層不能打預(yù)裂鉆孔，可避開斷層10m外繼續(xù)布置預(yù)裂鉆孔。根據(jù)工作面周期來壓步距，當(dāng)遇到來壓區(qū)域，不打鉆孔預(yù)裂，利用礦山壓力作用，對煤壁進(jìn)行破碎，有效節(jié)約成本。鉆孔布置參數(shù)如表4-1所示。
1）孔間距：設(shè)計高壓預(yù)裂的有效切割半徑是5m，預(yù)裂孔平均間距10m。
2）鉆孔數(shù)量：沿垂直于煤層傾向方向布置鉆孔，試驗區(qū)域共10個鉆孔。
3）預(yù)裂孔長度：預(yù)裂鉆孔設(shè)計長度為126m。
4）鉆孔直徑：113mm。
5）鉆孔角度：如表4-2
4-1鉆孔布置參數(shù)表
鉆孔直徑 113mm 鉆孔間距 10m
鉆孔長度 126m 封孔長度 20m
預(yù)留保護(hù)線 20m 鉆孔數(shù)量 10個
12407工作面回風(fēng)巷高程高于運(yùn)順，存在一定角度。
由于12407回順與運(yùn)順的高程測點存在20m的錯距，因此在計算過程中需糾正錯距引起誤差。
4-2鉆孔布置參數(shù)
12407回順 　 12407運(yùn)順 正切值 角度 　
測點 標(biāo)高 測點錯距 測點 標(biāo)高 　 　 　
1500 　 　 　 　 　 0.22154 仰角
1510 　 　 　 　 　 0.144765 仰角
1520 910.713 1520 1500 910.891 0.00119 0.06799 仰角
1530 　 　 　 　 　 0.056818 仰角
1540 　 　 　 　 　 0.045645 仰角
1550 　 　 　 　 　 0.034473 仰角
1560 907.331 1570 1550 907.392 0.00041 0.0233 仰角
1570 　 　 　 　 　 0.22899 仰角
1580 　 　 　 　 　 0.20569 仰角
1590 　 　 　 　 　 0.296885 仰角
1600 904.795 1595 1575 905.811 0.00677 0.38808 仰角
（2）預(yù)裂雙排鉆孔布置參數(shù)
在距離單排眼鉆孔10#孔向外10m處，打雙排鉆孔的1#鉆孔，依次布置2#、3#……，在回風(fēng)順槽鉆機(jī)及預(yù)裂設(shè)備布置，從回風(fēng)順槽畫好的點位置及角度向運(yùn)輸順槽鉆孔，沿平行工作面方向布置雙排鉆孔，呈三角型布置，底排鉆孔與底板間距1m，頂排鉆孔與頂板間距1m，頂排鉆孔間距為12m，底排鉆孔間距為12m，頂排鉆孔與底排鉆孔錯距投影距離為6m。具體如下圖：


12407回風(fēng)巷雙排鉆孔布置示意圖
根據(jù)地質(zhì)資料，在實施區(qū)域內(nèi)，當(dāng)遇到斷層不能打預(yù)裂鉆孔，可避開斷層10m外繼續(xù)布置預(yù)裂鉆孔。根據(jù)工作面周期來壓步距，當(dāng)遇到來壓區(qū)域，不打鉆孔預(yù)裂，利用礦山壓力作用，對煤壁進(jìn)行破碎，有效節(jié)約成本。鉆孔布置參數(shù)如表4-3所示。
1）孔間距：設(shè)計高壓預(yù)裂的有效切割半徑是5m，預(yù)裂孔平均間距10m。
2）鉆孔數(shù)量：沿垂直于煤層傾向方向布置鉆孔，12407工作面初步設(shè)計預(yù)裂區(qū)域長度為1600m，試驗區(qū)域共266個鉆孔。
3）預(yù)裂孔長度：預(yù)裂鉆孔設(shè)計長度為126m。
4）鉆孔直徑：113mm。
5）鉆孔角度：根據(jù)測得高程計算得。
表4-3鉆孔布置參數(shù)
鉆孔直徑 113mm 鉆孔間距 6m
鉆孔長度 126m 封孔長度 20m
預(yù)留保護(hù)線 20m 預(yù)計鉆孔數(shù)量 250個
二、煤層預(yù)裂技術(shù)參數(shù)及要求、施工工藝
1、預(yù)裂泵的技術(shù)參數(shù)
（1）預(yù)裂泵驅(qū)動功率：160KW，最大排出壓力66MPa，最大排出流量：7.1m3/h。
（2）水箱規(guī)格：2m×1m×1m，與預(yù)裂泵直接相連，內(nèi)有水質(zhì)過濾裝置，可保證水質(zhì)。
（3）超高壓軟管：超高壓軟管規(guī)格：16×6S-80(內(nèi)徑 鋼絲層數(shù)-壓力)，每根長度可根據(jù)需求定做。
（4）液壓卷管器：液壓卷管器對預(yù)裂深度、速度進(jìn)行控制，起到給進(jìn)、后撤作用。
（5）封孔器：采用FKS-80/15型號系列超高壓煤層注水封孔器，封孔器外徑88mm，封孔長度最大2.2m，承壓40MPa；或者，采用鉆孔封孔設(shè)備用煤炭科學(xué)研究總院重慶分院生產(chǎn)的KFB型礦用封孔泵，封孔長度8米，封孔距離20m。
（6）管路附屬裝置：配套材料包括配套法蘭、閥門、連接膠管及螺栓、膠墊等。
2、高壓脈沖預(yù)裂技術(shù)參數(shù)
（1）預(yù)裂方式：根據(jù)工作面煤層賦存條件，通過高壓預(yù)裂沖擊波破巖工藝方式，在超前工作面不低于150米，實施預(yù)裂。
（2）預(yù)裂壓力：預(yù)裂出口壓力66 MPa，可以自行控制。
（3）預(yù)裂半徑：5米。
（4）預(yù)裂時間：高壓預(yù)裂預(yù)裂器運(yùn)行速度2m/min，預(yù)裂時間1h。
（5）巷道保護(hù)煤柱：20m。
3、水壓致裂裂化技術(shù)參數(shù)
（1）預(yù)裂方式：根據(jù)工作面煤層賦存條件，通過高壓預(yù)裂軟化工藝方式，在超前工作面不低于150米處，實施高壓預(yù)裂。預(yù)裂液讓煤體充分預(yù)裂、破碎，煤層間隙進(jìn)一步裂化，采用多孔單泵水平混合預(yù)裂裂化工藝。
（2）預(yù)裂壓力：預(yù)裂壓力控制在8~10MPa。
（3）預(yù)裂滲透半徑：10米。
（4）單孔預(yù)裂時間：0.5～1h。
（5）單孔壓裂時間：不少于預(yù)裂時間2/3。
（6）單孔預(yù)裂量：水平長軸5m，垂直短軸1m。
（7）煤巖活性水的比例，根據(jù)現(xiàn)場煤層軟化系數(shù)實際而定。
（8）預(yù)裂量：單孔0.7 m3，累計1 m3。
（9）預(yù)裂流量：根據(jù)經(jīng)驗，動壓預(yù)裂時應(yīng)為0.7～2.0m3／h。
（10）預(yù)裂超前工作面開采位置的距離，不低于150米。
（11）封孔長度： 20米。
4、鉆孔超前預(yù)裂工藝
根據(jù)紅石巖煤礦綜采工作面煤層賦存條件、構(gòu)造特征，煤巖物理力學(xué)性質(zhì)、綜采工藝和開采技術(shù)條件等因素，綜合分析，紅石巖煤礦2#煤層超前預(yù)裂實施方案：采取第一步高壓脈沖預(yù)裂法，第二步水壓致裂預(yù)裂法與綜采工藝協(xié)調(diào)時，相配套的綜合預(yù)裂技術(shù)方案。
12407工作面超前預(yù)裂分為三部分預(yù)裂區(qū)域，第一實驗方案：鉆機(jī)及預(yù)裂設(shè)備布置在回風(fēng)順槽，從回風(fēng)順槽向運(yùn)輸順槽鉆孔預(yù)裂。從切眼后退1600米處開始布置1#鉆孔，鉆孔間距為10米，到1500米即長度100m，共計布置10個鉆孔，采用單排鉆孔超前預(yù)裂工藝，進(jìn)行預(yù)裂。
第二實驗方案：鉆機(jī)及預(yù)裂設(shè)備布置在回風(fēng)順槽，從回風(fēng)順槽向運(yùn)輸順槽鉆孔預(yù)裂。從第一實驗區(qū)10#鉆孔處，向外6米處布置雙排1#鉆孔，鉆孔水平投影間距長度6米，從1500米到1400米共計100m長度，共布置16個鉆孔，采用雙排鉆孔超前預(yù)裂工藝，進(jìn)行預(yù)裂；
若第一實驗方案，鉆孔預(yù)裂效果比較，就采用第一方案，對12407綜采工作面剩余1500m分成三個預(yù)裂區(qū)進(jìn)行預(yù)裂施工。若第一實驗方案效果不好，則實施第二實驗方案，從兩個實驗方案中選擇最佳方案，對12407綜采工作面剩余1400m分成三個預(yù)裂區(qū)進(jìn)行預(yù)裂施工。
（1）三個預(yù)裂區(qū)單排鉆孔超前預(yù)裂工藝
第一預(yù)裂區(qū)從1500m至1300m處，長度200m，共布置鉆孔20個，鉆孔平行與工作面，鉆孔直徑113mm，間距10m，鉆孔長度126m，端頭封孔長度10m。
第二預(yù)裂區(qū)從1300m至距開切眼900m區(qū)域內(nèi)，長度400m，煤層中布置40個鉆孔，頂板巖石中布置17個鉆孔，鉆孔直徑113mm，鉆孔長度126m，端頭封孔長度10m，間距10m，鉆孔平行與工作面水平布置。
第三預(yù)裂區(qū)從距開切眼900m至12407工作面停采線，長度1000m。煤層中布置90個鉆孔，鉆孔直徑113mm，鉆孔長度126m，端頭封孔長度10m，間距10m，鉆孔平行與工作面水平布置。