高位鑽場頂板走向鑽孔抽放瓦斯技術在新集二礦的應用

侯守道

(淮南礦業集團顧北礦項目部,安徽淮南232151)

摘　要:新集二礦1808工作麵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,

實現工作麵穩產高產,采用高位鑽場頂板走向鑽孔抽放瓦斯;為提高鑽孔有效長度,達到最佳抽放效果,對高位鑽場及頂板走向鑽孔技術參數進行優化與確定。

關鍵詞:高位鑽場;頂板走向鑽孔;瓦斯抽放;參數優化

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

　　新集二礦1996年10月建成投產,設計生產能力為150萬t/a,改擴建後生產能力為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,最後采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工作麵回采過程中,平均瓦斯湧出量 30.2m3 /min,最大可達 41.6 m3 /min,同時偶爾伴隨著瓦斯動力現象發生,回風流和上隅角瓦斯經常嚴重超限,工作麵多次被迫停產,瓦斯問題成為製約礦井生產能力、影響礦井安全效益和經濟效益的重大問題。

為減輕風排瓦斯壓力,防止瓦斯02manbetx.com ,保證工作麵安全回采,提高生產能力,決定在1808工作麵實施高位鑽場頂板走向長鑽孔抽放采空區瓦斯。

1　1808工作麵瓦斯地質概況

1808工作麵為一單斜構造,位於礦井東翼,回采麵走向長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, ,煤層透氣性係λ=0.104 5 m2 /(MPa2·d),預計該麵在回采過程中瓦斯湧出量將達 25.62 m3 /min,具有突出危險性;煤塵具有爆炸危險性,煤塵爆炸指數為36.94%~38.16%,煤層自然發火期為3~6個月。8煤以塊狀為主,粉末狀次之,內生裂隙發育,半亮型煤,煤層厚度2.03~ 4.73m ,平均 3.52 m ,煤厚變化不大,結構單一。

2　鑽孔施工

按照科研單位提供的研究報告要求,鑽場采用頂板石門盡頭式,即在工作麵回風順槽向頂板岩石掘一條傾角50°的斜巷,斜巷進入頂板垂高 4 m ,然後在斜巷末端走向設鑽場,鑽場規格為 6 m × 4 m × 2.5 m ,向工作麵推進方向打5~7個呈扇形分布鑽孔,控製上隅角以下 20 m 範圍,孔長為 180 m 左右,鑽場間距為 150 m ,鑽孔終孔與8煤層頂板垂距為 20 m ,位於頂板裂隙帶內。

1#鑽場施工完畢後,先後選用SGZ-ⅢA型鑽機和MK -5A 型鑽機,配以Φ 50 mm 鑽杆,采用帶岩芯管作導向,硬質合金、複合片鑽頭或使用潛孔錘鑽進,結果孔深最長 118 m ,最短僅 93 m ,達不到設計要求,後在1#鑽場前增設0#鑽場,補打7個鑽孔。

3　封孔及抽放係統形成

每個鑽孔施工完畢後,采用Φ 108 mm 鑽頭自孔口向內進行擴孔,擴孔深度不小於 6 m ,並用木塞將孔口管塞好,待鑽場所有鑽孔施工完畢,驗收合格後,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,快速推入孔內適當位置,待聚氨酯反應、固定好孔口管後,在孔口管安裝控製閥門,流量測定裝置、放水裝置的接頭,孔口管接頭與風巷Φ 219 mm 管路三通接頭之間采用Φ 76 mm 硬質膠管連接,並綁紮牢固、不漏氣。風巷Φ 219 mm 管路經8煤東翼回風上山引至 -434 m 總回風巷與主幹管路相聯,從而形成抽放係統(並入地麵永久抽放係統)。

4　高位鑽場頂板走向鑽孔技術參數優化與確定頂板走向鑽孔抽放實際是通過頂板鑽孔抽放采空區冒落帶及裂隙帶的瓦斯,進而改變采空區流場分布,從根本上解決采空區瓦斯從上隅角一帶大量湧出,造成上隅角瓦斯大量積聚和回風流瓦斯超限的問題。

4.1　鑽孔參數確定

工作麵回采臨近1#鑽場時,對其7個鑽孔進行考察。從2005年4月1月開始至 4月22日 結束,每天中班派專人負責,通過孔板流量計考察鑽孔氣體流量、瓦斯濃度、瓦斯流量、管道負壓以及孔口距工作麵距離等參數,並做好記錄,據此繪出單孔瓦斯流量、單孔瓦斯濃度和孔口距工作麵距離的關係曲線圖。通過考察03manbetx 表明:鑽孔有效作用範圍從采麵距鑽孔終孔位置水平 6 m 左右開始到采麵距鑽孔開孔位置 12 m 左右為止,水平方向為距上風巷1.8~ 17.1 m ;孔口距工作麵距離在18.9~ 69.6 m 範圍內抽放效果最好,與此相對應的鑽孔與8煤頂板法距為5.5~ 10.2 m 。因此得出如下結論:抽放孔布置在沿煤層傾斜方向距上風巷 20 m 範圍內,鑽孔(抽放高度區間確定)布置最佳層位位於距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,終孔位於煤層頂板的8~ 10 m 處。

4 .2　鑽場參數確定鑽場參數主要包括:鑽場內鑽孔數、各鑽孔間距、鑽場高度和相鄰鑽場間距等。

　　(1)鑽場內孔數。增加孔數可以增加抽放量和抽放影響範圍。1#鑽場抽放實踐表明,在現有風量的前提下,7個鑽孔基本滿足本工作麵治理瓦斯要求。為提高抽放率,確定每個鑽場施工7~9個鑽孔。

　　(2)同一鑽場內鑽孔間距。主要是開孔間距與終孔間距,開孔間距過小,容易造成串孔不利於鑽孔施工,影響封孔質量,一般不小於 0.5 m ,終孔間距 4m 左右,過密將造成互相幹擾,不能達到增加抽放量的目的。

　　(3)鑽場高度。為了提高抽放鑽孔的有效平距,提高鑽孔利用效率,鑽場斜巷進入頂板垂高由 4 m 提高到 6 m ,使鑽孔開孔在頂板細砂岩內,有利於提高封孔質量。

　　(4)鑽場間距的確定。合理的鑽場間距應當是相鄰兩鑽場的鑽孔有空間上能重疊,並且前鑽場的高濃度終點恰好接續本鑽場高濃度的起點,即鑽孔空間重疊和接續抽放。參考1#鑽場施工實際情況,所用鑽機的實際工作能力及煤層頂板岩性,並結合現有的施工水平,設計鑽孔深度確定為100~ 110m ,為防止工作麵過鑽場期間抽放效果下降,工作麵瓦斯超限,要求鑽孔壓茬20~ 30 m ,因此確定鑽場間距為80~ 90 m 。同時在選擇鑽場時,應考慮構造、采動影響、便於維護、有利於提高封孔質量等,應根據現場情況作適當調整。

　　因此,工作麵後續鑽場和鑽孔采用以上參數,在工作麵上風巷內錯共施工8煤頂板高位鑽場17個,每個鑽場施工8個頂板走向鑽孔,孔徑Φ 91 mm ,扇形均勻布置,孔深 110 m 左右,見圖2。

5　回采麵過鑽場

工作麵推進至鑽場附近,本鑽場鑽孔由於水平方向控製範圍縮小,孔口距8煤層垂距減小以及鑽孔受動壓影響,鑽孔(塌堵)破壞,導致抽放效果差,抽放量小,下一鑽場鑽孔,實際施工中有的鑽孔達不到設計深度,鑽孔壓茬不夠,以及工作麵推至鑽場下方後,綜采支架頂部形成通道改變了流場分布等原因,工作麵過鑽場期間,容易造成瓦斯超限,例如本工作麵過1#、2#鑽場時,就出現過瓦斯超限。

　　在實踐中采取了如下措施:①在下一鑽場施工一定向鑽孔透過本鑽場;②提前用編織袋裝黃泥填實;③在鑽場內預先埋管,工作麵過鑽場期間抽放;④在上隅角風巷上幫及8煤頂板拐角處埋放硬質膠管與主幹管三通接頭連接,用於抽放上隅角瓦斯。通過采用上述措施,工作麵在通過4#鑽場後杜絕了瓦斯超限。

6　抽放效果

通過實際觀測1808頂板走向鑽孔,單孔抽放瓦斯量為0.6~ 1.5 m3 /min,高位鑽場鑽孔平均抽放瓦斯量為 10.1 m3 /min,最大瓦斯抽放量為 11.6m3 /min,抽放瓦斯濃度一般25%~55%,平均抽放率39.5%,最高月份達45.3%。通過高位鑽場頂板走向鑽孔抽放采空區瓦斯技術的應用,明顯地減少了該工作麵的瓦斯風排量和瓦斯超限次數,從4#鑽場後杜絕了瓦斯超限,回風巷瓦斯濃度降至0.8%以下,上隅角瓦斯濃度徘徊在0.6%~1.1%,確保工作麵安全回采,實現了工作麵的穩產、高產。

7　結　論

高位鑽場頂板走向鑽孔抽放瓦斯技術在1808圖2　高位鑽場布置平剖麵圖工作麵的成功應用,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鑽場頂板走向鑽孔的各項技術參數,為以後8煤及其它煤層采用頂板走向鑽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,地質工程師,1989年畢業於淮南礦業學院,長期從事瓦斯抽排及注漿工程的技術管理與工程設計。

·國外煤礦安全信息·

滅火方法和氣體滅火物質普遍采用且價格低廉的滅火物質有泡沫的阻化的和水力的。雖然這些物質滅火有不少優點,但也存在缺點。其主要缺點是使火災地方存在有一些危害。此外,傳統的滅火物不能防止複燃,隻是能處理已經發生了的火源。根據這種情況,我們研製了不僅能有效地處理火災而且能防止複燃。氣體滅火物是最有發展前途的。氣體滅火物質的優點是: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。現在,作者單位的專家們研製成用現代工藝技術製取氣態氮的振動膜裝置。這種裝置的成本很低,而且工作的質量和可靠性不亞於國外同類產品,有一些指標超過國外的同類產品。

摘自　《БЕЗОΠАСНОСТЬТРУДАВПРОМ-СΤИ》　2005 No.2