高位鉆場頂板走向鉆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,

實現工作面穩產高產,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參數進行優化與確定。

關鍵詞:高位鉆場;頂板走向鉆孔;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,改擴建后生產能力為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象發生,回風流和上隅角瓦斯經常嚴重超限,工作面多次被迫停產,瓦斯問題成為制約礦井生產能力、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,防止瓦斯事故,保證工作面安全回采,提高生產能力,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瓦斯。

1　1808工作面瓦斯地質概況

1808工作面為一單斜構造,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　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鉆場,鉆場規格為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。

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,采用帶巖芯管作導向,硬質合金、復合片鉆頭或使用潛孔錘鉆進,結果孔深最長118 m,最短僅93 m,達不到設計要求,后在1#鉆場前增設0#鉆場,補打7個鉆孔。

3　封孔及抽放系統形成

每個鉆孔施工完畢后,采用Φ108 mm鉆頭自孔口向內進行擴孔,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,快速推入孔內適當位置,待聚氨酯反應、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,孔口管接頭與風巷Φ219 mm管路三通接頭之間采用Φ76 mm硬質膠管連接,并綁扎牢固、不漏氣。風巷Φ219 mm管路經8煤東翼回風上山引至-434 m總回風巷與主干管路相聯,從而形成抽放系統(并入地面永久抽放系統)。

4　高位鉆場頂板走向鉆孔技術參數優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涌出,造成上隅角瓦斯大量積聚和回風流瓦斯超限的問題。

4.1　鉆孔參數確定

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日結束,每天中班派專人負責,通過孔板流量計考察鉆孔氣體流量、瓦斯濃度、瓦斯流量、管道負壓以及孔口距工作面距離等參數,并做好記錄,據此繪出單孔瓦斯流量、單孔瓦斯濃度和孔口距工作面距離的關系曲線圖。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,水平方向為距上風巷1.8~17.1 m;孔口距工作面距離在18.9~69.6 m范圍內抽放效果最好,與此相對應的鉆孔與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范圍內,鉆孔(抽放高度區間確定)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　鉆場參數確定鉆場參數主要包括:鉆場內鉆孔數、各鉆孔間距、鉆場高度和相鄰鉆場間距等。

　　(1)鉆場內孔數。增加孔數可以增加抽放量和抽放影響范圍。1#鉆場抽放實踐表明,在現有風量的前提下,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,有利于提高封孔質量。

　　(4)鉆場間距的確定。合理的鉆場間距應當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本鉆場高濃度的起點,即鉆孔空間重疊和接續抽放。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,并結合現有的施工水平,設計鉆孔深度確定為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,應考慮構造、采動影響、便于維護、有利于提高封孔質量等,應根據現場情況作適當調整。

　　因此,工作面后續鉆場和鉆孔采用以上參數,在工作面上風巷內錯共施工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在鉆場內預先埋管,工作面過鉆場期間抽放;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,抽放瓦斯濃度一般25%~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瓦斯技術的應用,明顯地減少了該工作面的瓦斯風排量和瓦斯超限次數,從4#鉆場后杜絕了瓦斯超限,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%,確保工作面安全回采,實現了工作面的穩產、高產。

7　結　論

高位鉆場頂板走向鉆孔抽放瓦斯技術在1808圖2　高位鉆場布置平剖面圖工作面的成功應用,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鉆場頂板走向鉆孔的各項技術參數,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,地質工程師,1989年畢業于淮南礦業學院,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復燃,只是能處理已經發生了的火源。根據這種情況,我們研制了不僅能有效地處理火災而且能防止復燃。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制成用現代工藝技術制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于國外同類產品,有一些指標超過國外的同類產品。

摘自　《БЕЗОΠАСНОСТЬТРУДАВПРОМ-СΤИ》　2005 No.2