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    超前排放孔在局部高瓦斯掘進(jìn)工作面的應(yīng)用

    2013-09-27 07:18:32崔鴻偉李春峰田紀(jì)云
    采礦技術(shù) 2013年1期
    關(guān)鍵詞:鉆屑封孔瓦斯

    崔鴻偉,李春峰,田紀(jì)云

    (河南省鄭宏恒泰(新密)煤業(yè)有限公司, 河南 新密市 452370)

    0 引 言

    隨著開采深度的加大,瓦斯災(zāi)害也隨之嚴(yán)重,現(xiàn)已成為制約煤礦高效高采的主要問題。瓦斯排放半徑相交并實(shí)施連管抽采,對(duì)治理礦井瓦斯具有重要意義。大量的研究結(jié)果表明:煤體內(nèi)應(yīng)力及時(shí)轉(zhuǎn)移、煤中瓦斯及時(shí)排放和增強(qiáng)煤體強(qiáng)度都能有效預(yù)防瓦斯災(zāi)害的出現(xiàn)。因此,采用預(yù)抽采瓦斯方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)觀念上的通過通風(fēng)解決瓦斯問題是一個(gè)技術(shù)、觀念以及管理方面的很大轉(zhuǎn)變。

    某礦核定生產(chǎn)能力0.6Mt/a,實(shí)際生產(chǎn)能力0.43Mt/a。開拓方式為斜井單水平上下山開拓,中央邊界抽出式通風(fēng)方式。2011年礦井測定相對(duì)瓦斯含量3.40m3/t,絕對(duì)瓦斯含量1.98m3/min。自2012年掘進(jìn)13200工作面以來,掘進(jìn)頭時(shí)常出現(xiàn)煤炮、瓦斯超限等現(xiàn)象,為保證絕對(duì)的生產(chǎn)安全、提高掘進(jìn)能力,通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定超前排放鉆孔排放半徑,實(shí)施超前排放鉆孔連管抽放瓦斯,對(duì)掘進(jìn)頭瓦斯進(jìn)行連管抽放,達(dá)到降低瓦斯含量、消除災(zāi)害現(xiàn)象的目的。

    1 工作面概況

    該礦綜掘隊(duì)施工13200進(jìn)風(fēng)巷,為低瓦斯工作面,煤層厚度平均6.17m,傾角8°~16°,設(shè)計(jì)長度350m,巷道為矩形斷面,高度2.8m,寬度4.3m。自2012年,掘進(jìn)頭時(shí)常出現(xiàn)煤炮、瓦斯超限,打鉆過程中出現(xiàn)卡鉆、頂鉆等現(xiàn)象,受這些因素制約,掘進(jìn)速度較慢,效率低。

    瓦斯來源,一是來自本煤層深部瓦斯;二是鄰近工作面回采后采空區(qū)瓦斯。

    2 掘進(jìn)工作面治理瓦斯技術(shù)

    2.1 超前排放鉆孔排放半徑確定

    根據(jù)本礦實(shí)際情況,現(xiàn)只確定Φ75mm排放鉆孔排放半徑?,F(xiàn)場采用2種確定排放鉆孔排放半徑的方法。

    2.1.1 鉆孔瓦斯流量法

    預(yù)在煤巷掘進(jìn)迎頭布置5個(gè)相互平行的鉆孔,4個(gè)測量鉆孔(編號(hào)2#、3#、4#、5#),1個(gè)超前排放鉆孔(1#,直徑為75mm),各鉆孔布置如圖1所示。具體步驟如下:

    (1)首先在煤巷掘進(jìn)迎頭布置4個(gè)相互平行的測量鉆孔(2#、3#、4#、5#),孔徑42mm(也可以打Φ75mm),孔深10~15m,間距如圖1所示;

    圖1 鉆孔流量法測定排放半徑示意

    (2)每一個(gè)要測量瓦斯變化的鉆孔,打完立即進(jìn)行封孔,封孔時(shí)保證抽放室長度不小于l.5m,封孔長度一般不小于3m;

    (3)鉆孔密封之后,測量鉆孔瓦斯涌出量,并每隔2min測定1組數(shù)據(jù),每組測孔次數(shù)不低于5次;

    (4)按計(jì)劃位置,平行于測量孔打1個(gè)超前排放鉆孔(1#),在施工超前排放鉆孔的過程中,記錄鉆孔的長度、時(shí)間和各測量鉆孔中的瓦斯涌出量變化情況;

    (5)繪制出各測量孔的瓦斯涌出量變化圖;

    (6)如果連續(xù)3次測定測量孔的瓦斯涌出量都比打超前排放鉆孔之前大10%,表明該測量孔處于超前排放鉆孔的排放半徑之內(nèi);

    (7)最后比較數(shù)據(jù),得出臨界半徑。

    2.1.2 鉆屑指標(biāo)法

    預(yù)在煤巷掘進(jìn)迎頭布置3個(gè)鉆孔,其中2個(gè)鉆孔重合,鉆孔布置見圖2。具體步驟如下:

    (1)在掘進(jìn)工作面迎頭先打1個(gè)預(yù)測孔(1#),孔徑45mm,孔深10~15m,及時(shí)測量每米鉆屑量或鉆屑瓦斯解吸指標(biāo);

    (2)測量結(jié)束后,將鉆孔直徑擴(kuò)大至75mm(3#),進(jìn)行擴(kuò)孔排放,及時(shí)測量各項(xiàng)指標(biāo);

    (3)根據(jù)實(shí)際情況,鉆孔排放一定的時(shí)間,當(dāng)排放時(shí)間結(jié)束后,在迎頭再打1個(gè)鉆孔(2#孔),該孔與3#孔相距大于0.6m,并成一定角度,保證2#孔隨著深度的增加與3#孔距離減小,測定每米的鉆屑量或鉆屑瓦斯解吸指標(biāo);

    (4)將2#孔和3#孔同一深度所測的數(shù)據(jù)做詳細(xì)分析,并記錄兩點(diǎn)間距。當(dāng)2#孔在N米處所測定的指標(biāo)均小于1#孔同一深度的指標(biāo)時(shí),確定N米所對(duì)應(yīng)的兩鉆孔間距,此鉆孔距離即為超前鉆孔的排放半徑。

    圖2 鉆屑指標(biāo)法測定排放半徑示意

    2.1.3 現(xiàn)場測量結(jié)果

    通過現(xiàn)場試驗(yàn),利用鉆孔瓦斯流量法測定抽放半徑,測量孔的瓦斯涌出量變化見圖3。由圖3可知,4#孔和5#孔瓦斯整體呈減少趨勢,而2#孔和3#孔在觀測100min左右呈上升趨勢,且增加趨勢大于起初的10%,故2#孔和3#孔均在排放瓦斯范圍內(nèi),可知瓦斯排放半徑為0.4m。根據(jù)鉆屑指標(biāo)法原理,對(duì)現(xiàn)場所測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較,該煤層直徑為75mm的排放鉆孔的排放半徑為0.45m。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況,排放半徑取0.40m。

    圖3 各測量鉆孔瓦斯流量變化趨勢

    綜合2種方法,確定本煤層瓦斯排放半徑為0.4m。

    2.2 超前排放鉆孔連管抽放技術(shù)

    根據(jù)現(xiàn)場測定的排放半徑、巷道寬度及高度,確定鉆孔個(gè)數(shù)和鉆孔間距,具體步驟如下:

    (1)鉆孔總深15m,布置18個(gè),具體角度、位置見圖4;

    圖4 超前排放鉆孔布置

    (2)利用自動(dòng)變徑鉆頭,內(nèi)段打孔徑94mm,外段孔徑75mm(便于后期封孔),運(yùn)用瓦斯抽放水壓式封孔器進(jìn)行封孔;

    (3)里端鉆孔利用自動(dòng)變徑鉆頭,可根據(jù)情況擴(kuò)大孔徑(擴(kuò)徑范圍75~120mm),大量資料證明,增大鉆孔直徑可以明顯提高煤層泄壓和抽放瓦斯效果;

    (4)鉆孔打好后,穿入2根抽放管和1根打孔的集氣管,利用瓦斯抽放水壓式封孔器封孔后,連接封孔器末端出氣管與瓦斯抽放管路主管末端的集氣裝置的18個(gè)支閥門連接;

    (5)若煤層透氣性不好,后期可以調(diào)整交叉孔布置抽放瓦斯,交叉鉆孔布置可避免個(gè)別抽放鉆孔被堵、排放半徑又不能交叉造成的瓦斯抽放效果不好現(xiàn)象;

    (6)施工完超前鉆孔且聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽瓦斯排放10h后,才能進(jìn)行效果檢驗(yàn)。

    3 結(jié) 論

    掘進(jìn)工作面采用超前排放鉆孔連管抽放技術(shù)后,各排放半徑相互交叉,避免個(gè)別鉆孔被堵塞影響瓦斯排放效果。實(shí)施該措施后,近兩個(gè)月沒有出現(xiàn)煤炮、瓦斯超限等災(zāi)害現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、快速掘進(jìn),月推進(jìn)度增加了140m,有效緩解了采掘緊張的局面,回采面提前交付回采。

    經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析及實(shí)施效果來看,科學(xué)合理布置超前排放鉆孔位置、實(shí)施連管抽放技術(shù),是治理局部高瓦斯煤巷掘進(jìn)的有效方法之一。該技術(shù)對(duì)工作面安全條件的改善、加快掘進(jìn)速度、緩解接替關(guān)系都具有重要意義。

    [1] 韋善陽,崔永國,張保印,等.突出煤層炮掘工作面煤與瓦斯突出防治技術(shù)與實(shí)踐[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2012,32(1):20-22.

    [2] 賈泉敏,劉 洋.兩種排放半徑測定法在“三軟”低透氣性突出煤層中的應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2012,39(2):47-49.

    [3] 張鐵崗,劉剛?cè)A,俞 佳,等.礦井瓦斯綜合治理技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2002.

    [4] 國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.

    [5] 趙 楠,李雨佳,唐一博,等.礦井瓦斯抽放系統(tǒng)可行性分析與預(yù)抽技術(shù)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2012,32(1):26-28.

    [6] 王啟明,許衛(wèi)東.主焦煤礦頂板高位鉆孔抽入瓦斯技術(shù)實(shí)踐[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2011,31(2):48-51.

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