一、工程概述
为提高块煤率、瓦斯抽采率及降低煤尘，根据12407综采工作面钻孔预裂设计方案及矿方相关要求，结合现场实际，需在12407综采工作面，对煤层进行超前钻孔预裂。为确保超前钻孔预裂施工安全，特编制本施工安全技术措施。
二、钻孔布置技术参数及要求、施工工艺
1、钻机技术参数
采用ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机，其主要技术参数：钻孔深度：350/100m，钻杆直径：63.5/73mm，钻杆长度1.5m，额定转速：50~175r/min，主轴倾角：0~±900，给进行程：600mm。泵电动机型号：YBK2-225S-4，泵电压660/1140，适用钻孔深度：350/100m，终孔直径：150/200mm。
2、预裂钻孔布置参数
（1）预裂单排钻孔布置参数
在回风顺槽钻机及预裂设备布置，从回风顺槽画好的点位置及角度向运输顺槽钻孔，沿平行工作面方向布置一组钻孔，在回风顺槽1600米，布置1#钻孔，依次向外布置2#、3#……，根据煤层薄厚起伏变化，当采高为2.4m时，钻孔布置在采高中间位置，即1.2m处，当采高为3m时，钻孔布置在采高中间位置，即1.5m处。实验阶段1600m（1#钻孔离停采线距离），钻孔预裂应超前工作面不低于150m。根据地质资料，在实施区域内，当遇到断层不能打预裂钻孔，可避开断层10m外继续布置预裂钻孔。根据工作面周期来压步距，当遇到来压区域，不打钻孔预裂，利用矿山压力作用，对煤壁进行破碎，有效节约成本。钻孔布置参数如表4-1所示。
1）孔间距：设计高压预裂的有效切割半径是5m，预裂孔平均间距10m。
2）钻孔数量：沿垂直于煤层倾向方向布置钻孔，试验区域共10个钻孔。
3）预裂孔长度：预裂钻孔设计长度为126m。
4）钻孔直径：113mm。
5）钻孔角度：如表4-2
4-1钻孔布置参数表
钻孔直径 113mm 钻孔间距 10m
钻孔长度 126m 封孔长度 20m
预留保护线 20m 钻孔数量 10个
12407工作面回风巷高程高于运顺，存在一定角度。
由于12407回顺与运顺的高程测点存在20m的错距，因此在计算过程中需纠正错距引起误差。
4-2钻孔布置参数
12407回顺 　 12407运顺 正切值 角度 　
测点 标高 测点错距 测点 标高 　 　 　
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）预裂双排钻孔布置参数
在距离单排眼钻孔10#孔向外10m处，打双排钻孔的1#钻孔，依次布置2#、3#……，在回风顺槽钻机及预裂设备布置，从回风顺槽画好的点位置及角度向运输顺槽钻孔，沿平行工作面方向布置双排钻孔，呈三角型布置，底排钻孔与底板间距1m，顶排钻孔与顶板间距1m，顶排钻孔间距为12m，底排钻孔间距为12m，顶排钻孔与底排钻孔错距投影距离为6m。具体如下图：


12407回风巷双排钻孔布置示意图
根据地质资料，在实施区域内，当遇到断层不能打预裂钻孔，可避开断层10m外继续布置预裂钻孔。根据工作面周期来压步距，当遇到来压区域，不打钻孔预裂，利用矿山压力作用，对煤壁进行破碎，有效节约成本。钻孔布置参数如表4-3所示。
1）孔间距：设计高压预裂的有效切割半径是5m，预裂孔平均间距10m。
2）钻孔数量：沿垂直于煤层倾向方向布置钻孔，12407工作面初步设计预裂区域长度为1600m，试验区域共266个钻孔。
3）预裂孔长度：预裂钻孔设计长度为126m。
4）钻孔直径：113mm。
5）钻孔角度：根据测得高程计算得。
表4-3钻孔布置参数
钻孔直径 113mm 钻孔间距 6m
钻孔长度 126m 封孔长度 20m
预留保护线 20m 预计钻孔数量 250个
二、煤层预裂技术参数及要求、施工工艺
1、预裂泵的技术参数
（1）预裂泵驱动功率：160KW，最大排出压力66MPa，最大排出流量：7.1m3/h。
（2）水箱规格：2m×1m×1m，与预裂泵直接相连，内有水质过滤装置，可保证水质。
（3）超高压软管：超高压软管规格：16×6S-80(内径 钢丝层数-压力)，每根长度可根据需求定做。
（4）液压卷管器：液压卷管器对预裂深度、速度进行控制，起到给进、后撤作用。
（5）封孔器：采用FKS-80/15型号系列超高压煤层注水封孔器，封孔器外径88mm，封孔长度最大2.2m，承压40MPa；或者，采用钻孔封孔设备用煤炭科学研究总院重庆分院生产的KFB型矿用封孔泵，封孔长度8米，封孔距离20m。
（6）管路附属装置：配套材料包括配套法兰、阀门、连接胶管及螺栓、胶垫等。
2、高压脉冲预裂技术参数
（1）预裂方式：根据工作面煤层赋存条件，通过高压预裂冲击波破岩工艺方式，在超前工作面不低于150米，实施预裂。
（2）预裂压力：预裂出口压力66 MPa，可以自行控制。
（3）预裂半径：5米。
（4）预裂时间：高压预裂预裂器运行速度2m/min，预裂时间1h。
（5）巷道保护煤柱：20m。
3、水压致裂裂化技术参数
（1）预裂方式：根据工作面煤层赋存条件，通过高压预裂软化工艺方式，在超前工作面不低于150米处，实施高压预裂。预裂液让煤体充分预裂、破碎，煤层间隙进一步裂化，采用多孔单泵水平混合预裂裂化工艺。
（2）预裂压力：预裂压力控制在8~10MPa。
（3）预裂渗透半径：10米。
（4）单孔预裂时间：0.5～1h。
（5）单孔压裂时间：不少于预裂时间2/3。
（6）单孔预裂量：水平长轴5m，垂直短轴1m。
（7）煤岩活性水的比例，根据现场煤层软化系数实际而定。
（8）预裂量：单孔0.7 m3，累计1 m3。
（9）预裂流量：根据经验，动压预裂时应为0.7～2.0m3／h。
（10）预裂超前工作面开采位置的距离，不低于150米。
（11）封孔长度： 20米。
4、钻孔超前预裂工艺
根据红石岩煤矿综采工作面煤层赋存条件、构造特征，煤岩物理力学性质、综采工艺和开采技术条件等因素，综合分析，红石岩煤矿2#煤层超前预裂实施方案：采取第一步高压脉冲预裂法，第二步水压致裂预裂法与综采工艺协调时，相配套的综合预裂技术方案。
12407工作面超前预裂分为三部分预裂区域，第一实验方案：钻机及预裂设备布置在回风顺槽，从回风顺槽向运输顺槽钻孔预裂。从切眼后退1600米处开始布置1#钻孔，钻孔间距为10米，到1500米即长度100m，共计布置10个钻孔，采用单排钻孔超前预裂工艺，进行预裂。
第二实验方案：钻机及预裂设备布置在回风顺槽，从回风顺槽向运输顺槽钻孔预裂。从第一实验区10#钻孔处，向外6米处布置双排1#钻孔，钻孔水平投影间距长度6米，从1500米到1400米共计100m长度，共布置16个钻孔，采用双排钻孔超前预裂工艺，进行预裂；
若第一实验方案，钻孔预裂效果比较，就采用第一方案，对12407综采工作面剩余1500m分成三个预裂区进行预裂施工。若第一实验方案效果不好，则实施第二实验方案，从两个实验方案中选择最佳方案，对12407综采工作面剩余1400m分成三个预裂区进行预裂施工。
（1）三个预裂区单排钻孔超前预裂工艺
第一预裂区从1500m至1300m处，长度200m，共布置钻孔20个，钻孔平行与工作面，钻孔直径113mm，间距10m，钻孔长度126m，端头封孔长度10m。
第二预裂区从1300m至距开切眼900m区域内，长度400m，煤层中布置40个钻孔，顶板岩石中布置17个钻孔，钻孔直径113mm，钻孔长度126m，端头封孔长度10m，间距10m，钻孔平行与工作面水平布置。
第三预裂区从距开切眼900m至12407工作面停采线，长度1000m。煤层中布置90个钻孔，钻孔直径113mm，钻孔长度126m，端头封孔长度10m，间距10m，钻孔平行与工作面水平布置。