高位鉆場頂板走向鉆孔抽放瓦斯技術(shù)在新集二礦的應(yīng)用

侯守道

(淮南礦業(yè)集團顧北礦項目部,安徽淮南232151)

摘　要:新集二礦1808工作面8煤層瓦斯含量高、壓力大,具有突出危險性。為確保安全回采,

實現(xiàn)工作面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn),采用高位鉆場頂板走向鉆孔抽放瓦斯;為提高鉆孔有效長度,達到最佳抽放效果,對高位鉆場及頂板走向鉆孔技術(shù)參數(shù)進行優(yōu)化與確定。

關(guān)鍵詞:高位鉆場;頂板走向鉆孔;瓦斯抽放;參數(shù)優(yōu)化

中圖分類號:TD712+.6　　　文獻標(biāo)識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)04-0020-03

　　新集二礦1996年10月建成投產(chǎn),設(shè)計生產(chǎn)能力為150萬t/a,改擴建后生產(chǎn)能力為300萬t/a,2002年被鑒定為高瓦斯礦井。煤層開采順序為先采8、11-2、6-1煤,最后采13-1煤。采用走向長壁綜合機械化開采方法,一次采全高,全部垮落法管理頂板,邊角煤采用走向長壁炮采工藝回采。先期在1812工作面回采過程中,平均瓦斯涌出量30.2m3/min,最大可達41.6 m3/min,同時偶爾伴隨著瓦斯動力現(xiàn)象發(fā)生,回風(fēng)流和上隅角瓦斯經(jīng)常嚴重超限,工作面多次被迫停產(chǎn),瓦斯問題成為制約礦井生產(chǎn)能力、影響礦井安全效益和經(jīng)濟效益的重大問題。

為減輕風(fēng)排瓦斯壓力,防止瓦斯事故,保證工作面安全回采,提高生產(chǎn)能力,決定在1808工作面實施高位鉆場頂板走向長鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯。

1　1808工作面瓦斯地質(zhì)概況

1808工作面為一單斜構(gòu)造,位于礦井東翼,回采面走向長1 630 m,傾向長160 m,煤層傾角7°~

16°,平均12°,其煤層瓦斯含量8.51 m3/t,最大瓦斯壓力1.40 MPa, ,煤層透氣性系λ=0.104 5 m2/(MPa2·d),預(yù)計該面在回采過程中瓦斯涌出量將達25.62 m3/min,具有突出危險性;煤塵具有爆炸危險性,煤塵爆炸指數(shù)為36.94%~38.16%,煤層自然發(fā)火期為3~6個月。8煤以塊狀為主,粉末狀次之,內(nèi)生裂隙發(fā)育,半亮型煤,煤層厚度2.03~4.73m,平均3.52 m,煤厚變化不大,結(jié)構(gòu)單一。

2　鉆孔施工

按照科研單位提供的研究報告要求,鉆場采用頂板石門盡頭式,即在工作面回風(fēng)順槽向頂板巖石掘一條傾角50°的斜巷,斜巷進入頂板垂高4 m,然后在斜巷末端走向設(shè)鉆場,鉆場規(guī)格為6 m×4 m×2.5 m,向工作面推進方向打5~7個呈扇形分布鉆孔,控制上隅角以下20 m范圍,孔長為180 m左右,鉆場間距為150 m,鉆孔終孔與8煤層頂板垂距為20 m,位于頂板裂隙帶內(nèi)。

1#鉆場施工完畢后,先后選用SGZ-ⅢA型鉆機和MK-5A型鉆機,配以Φ50 mm鉆桿,采用帶巖芯管作導(dǎo)向,硬質(zhì)合金、復(fù)合片鉆頭或使用潛孔錘鉆進,結(jié)果孔深最長118 m,最短僅93 m,達不到設(shè)計要求,后在1#鉆場前增設(shè)0#鉆場,補打7個鉆孔。

3　封孔及抽放系統(tǒng)形成

每個鉆孔施工完畢后,采用Φ108 mm鉆頭自孔口向內(nèi)進行擴孔,擴孔深度不小于6 m,并用木塞將孔口管塞好,待鉆場所有鉆孔施工完畢,驗收合格后,開始用聚氨酯加固孔口管。

封孔加固孔口管,采用聚氨酯(PUS-Ⅱ型)封孔,封孔時采用5 m長的75 mm無縫鋼管作為孔口

管,在孔口管上包上3 m長的聚氨酯封孔材料,快速推入孔內(nèi)適當(dāng)位置,待聚氨酯反應(yīng)、固定好孔口管后,在孔口管安裝控制閥門,流量測定裝置、放水裝置的接頭,孔口管接頭與風(fēng)巷Φ219 mm管路三通接頭之間采用Φ76 mm硬質(zhì)膠管連接,并綁扎牢固、不漏氣。風(fēng)巷Φ219 mm管路經(jīng)8煤東翼回風(fēng)上山引至-434 m總回風(fēng)巷與主干管路相聯(lián),從而形成抽放系統(tǒng)(并入地面永久抽放系統(tǒng))。

4　高位鉆場頂板走向鉆孔技術(shù)參數(shù)優(yōu)化與確定頂板走向鉆孔抽放實際是通過頂板鉆孔抽放采空區(qū)冒落帶及裂隙帶的瓦斯,進而改變采空區(qū)流場分布,從根本上解決采空區(qū)瓦斯從上隅角一帶大量涌出,造成上隅角瓦斯大量積聚和回風(fēng)流瓦斯超限的問題。

4.1　鉆孔參數(shù)確定

工作面回采臨近1#鉆場時,對其7個鉆孔進行考察。從2005年4月1月開始至4月22日結(jié)束,每天中班派專人負責(zé),通過孔板流量計考察鉆孔氣體流量、瓦斯?jié)舛?、瓦斯流量、管道負壓以及孔口距工作面距離等參數(shù),并做好記錄,據(jù)此繪出單孔瓦斯流量、單孔瓦斯?jié)舛群涂卓诰喙ぷ髅婢嚯x的關(guān)系曲線圖。通過考察分析表明:鉆孔有效作用范圍從采面距鉆孔終孔位置水平6 m左右開始到采面距鉆孔開孔位置12 m左右為止,水平方向為距上風(fēng)巷1.8~17.1 m;孔口距工作面距離在18.9~69.6 m范圍內(nèi)抽放效果最好,與此相對應(yīng)的鉆孔與8煤頂板法距為5.5~10.2 m。因此得出如下結(jié)論:抽放孔布置在沿煤層傾斜方向距上風(fēng)巷20 m范圍內(nèi),鉆孔(抽放高度區(qū)間確定)布置最佳層位位于距8煤頂板法距為5.5~10.2 m處,即冒落帶中上部、裂隙帶下部,終孔位于煤層頂板的8~10 m處。

4 .2　鉆場參數(shù)確定鉆場參數(shù)主要包括:鉆場內(nèi)鉆孔數(shù)、各鉆孔間距、鉆場高度和相鄰鉆場間距等。

　　(1)鉆場內(nèi)孔數(shù)。增加孔數(shù)可以增加抽放量和抽放影響范圍。1#鉆場抽放實踐表明,在現(xiàn)有風(fēng)量的前提下,7個鉆孔基本滿足本工作面治理瓦斯要求。為提高抽放率,確定每個鉆場施工7~9個鉆孔。

　　(2)同一鉆場內(nèi)鉆孔間距。主要是開孔間距與終孔間距,開孔間距過小,容易造成串孔不利于鉆孔施工,影響封孔質(zhì)量,一般不小于0.5 m,終孔間距4m左右,過密將造成互相干擾,不能達到增加抽放量的目的。

　　(3)鉆場高度。為了提高抽放鉆孔的有效平距,提高鉆孔利用效率,鉆場斜巷進入頂板垂高由4 m提高到6 m,使鉆孔開孔在頂板細砂巖內(nèi),有利于提高封孔質(zhì)量。

　　(4)鉆場間距的確定。合理的鉆場間距應(yīng)當(dāng)是相鄰兩鉆場的鉆孔有空間上能重疊,并且前鉆場的高濃度終點恰好接續(xù)本鉆場高濃度的起點,即鉆孔空間重疊和接續(xù)抽放。參考1#鉆場施工實際情況,所用鉆機的實際工作能力及煤層頂板巖性,并結(jié)合現(xiàn)有的施工水平,設(shè)計鉆孔深度確定為100~110m,為防止工作面過鉆場期間抽放效果下降,工作面瓦斯超限,要求鉆孔壓茬20~30 m,因此確定鉆場間距為80~90 m。同時在選擇鉆場時,應(yīng)考慮構(gòu)造、采動影響、便于維護、有利于提高封孔質(zhì)量等,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況作適當(dāng)調(diào)整。

　　因此,工作面后續(xù)鉆場和鉆孔采用以上參數(shù),在工作面上風(fēng)巷內(nèi)錯共施工8煤頂板高位鉆場17個,每個鉆場施工8個頂板走向鉆孔,孔徑Φ91 mm,扇形均勻布置,孔深110 m左右,見圖2。

5　回采面過鉆場

工作面推進至鉆場附近,本鉆場鉆孔由于水平方向控制范圍縮小,孔口距8煤層垂距減小以及鉆孔受動壓影響,鉆孔(塌堵)破壞,導(dǎo)致抽放效果差,抽放量小,下一鉆場鉆孔,實際施工中有的鉆孔達不到設(shè)計深度,鉆孔壓茬不夠,以及工作面推至鉆場下方后,綜采支架頂部形成通道改變了流場分布等原因,工作面過鉆場期間,容易造成瓦斯超限,例如本工作面過1#、2#鉆場時,就出現(xiàn)過瓦斯超限。

　　在實踐中采取了如下措施:①在下一鉆場施工一定向鉆孔透過本鉆場;②提前用編織袋裝黃泥填實;③在鉆場內(nèi)預(yù)先埋管,工作面過鉆場期間抽放;④在上隅角風(fēng)巷上幫及8煤頂板拐角處埋放硬質(zhì)膠管與主干管三通接頭連接,用于抽放上隅角瓦斯。通過采用上述措施,工作面在通過4#鉆場后杜絕了瓦斯超限。

6　抽放效果

通過實際觀測1808頂板走向鉆孔,單孔抽放瓦斯量為0.6~1.5 m3/min,高位鉆場鉆孔平均抽放瓦斯量為10.1 m3/min,最大瓦斯抽放量為11.6m3/min,抽放瓦斯?jié)舛纫话?5%~55%,平均抽放率39.5%,最高月份達45.3%。通過高位鉆場頂板走向鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯技術(shù)的應(yīng)用,明顯地減少了該工作面的瓦斯風(fēng)排量和瓦斯超限次數(shù),從4#鉆場后杜絕了瓦斯超限,回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛冉抵?.8%以下,上隅角瓦斯?jié)舛扰腔苍?.6%~1.1%,確保工作面安全回采,實現(xiàn)了工作面的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。

7　結(jié)　論

高位鉆場頂板走向鉆孔抽放瓦斯技術(shù)在1808圖2　高位鉆場布置平剖面圖工作面的成功應(yīng)用,為新集二礦瓦斯治理提供了一條有效途徑和方法,通過實際考察確定的高位鉆場頂板走向鉆孔的各項技術(shù)參數(shù),為以后8煤及其它煤層采用頂板走向鉆孔抽放瓦斯提供有價值的參考

與借鑒。

　　作者簡介:侯守道(1965- ),男,安徽肥西縣人,地質(zhì)工程師,1989年畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院,長期從事瓦斯抽排及注漿工程的技術(shù)管理與工程設(shè)計。

·國外煤礦安全信息·

滅火方法和氣體滅火物質(zhì)普遍采用且價格低廉的滅火物質(zhì)有泡沫的阻化的和水力的。雖然這些物質(zhì)滅火有不少優(yōu)點,但也存在缺點。其主要缺點是使火災(zāi)地方存在有一些危害。此外,傳統(tǒng)的滅火物不能防止復(fù)燃,只是能處理已經(jīng)發(fā)生了的火源。根據(jù)這種情況,我們研制了不僅能有效地處理火災(zāi)而且能防止復(fù)燃。氣體滅火物是最有發(fā)展前途的。氣體滅火物質(zhì)的優(yōu)點是:完全不損失保護措施;能夠保護處在高壓下的貴重電氣裝置;撲滅不易到達地方的火源點。氣體滅火裝置的工作原理是向燃燒地帶送入惰性氣體稀釋空氣,使空氣中氧含量降低到停止燃燒的濃度。氧濃度降低到10%就可以達到要求。采用二氧化碳、廢氣、氬、氮等氣體作為惰性氣體稀釋體。現(xiàn)在,作者單位的專家們研制成用現(xiàn)代工藝技術(shù)制取氣態(tài)氮的振動膜裝置。這種裝置的成本很低,而且工作的質(zhì)量和可靠性不亞于國外同類產(chǎn)品,有一些指標(biāo)超過國外的同類產(chǎn)品。

摘自　《БЕЗОΠАСНОСТЬТРУДАВПРОМ-СΤИ》　2005 No.2