邁步式鉆場超前抽放瓦斯技術(shù)在礦井改造中的應(yīng)用

文/胡居寶楊安紅

邁步式鉆場超前抽放瓦斯技術(shù)在礦井改造中的應(yīng)用

文/胡居寶楊安紅

神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司石炭井焦煤公司（石炭井2#礦井）為技改礦井，核定年生產(chǎn)能力為135萬噸，位于寧夏回族自治區(qū)賀蘭山煤田北段，礦區(qū)地理坐標(biāo)：東經(jīng)106°10′～106°25′，北緯39°04′～39°16′。2013年由中煤第一建設(shè)有限公司承建的礦建改造工程一標(biāo)段包括：+900m中部專用回風(fēng)石門及施工通路、上81集中巷延長段、瓦斯鉆場12處、+900m南翼上組煤邊界運(yùn)輸石門、+970m中部回風(fēng)通路、上71集中巷延長段、上81邊界回風(fēng)上山、+970m中部專用回風(fēng)石門及施工通路工程。技改期間石炭井焦煤公司需開采1#、2#礦井間的優(yōu)質(zhì)焦煤柱，并對四水平工作面煤巷順槽向前延伸至1#礦井內(nèi)施工。

中煤一建為防范1#老礦井的瓦斯、老窯殘留瓦斯積聚包、老窯水等危害，在巷道兩幫布置邁步式鉆場，鉆場內(nèi)布置順層鉆孔預(yù)抽工作面前方及煤體瓦斯，同時(shí)抽放鉆孔兼用為探水孔和放水孔，防范老窯水危害；平行鉆孔抽放已掘巷道煤體內(nèi)瓦斯，有效解決了掘進(jìn)期間工作面及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗^高、老井冒落帶下瓦斯易突出和瓦斯儲(chǔ)藏不清等難題，為煤巷改造順槽掘進(jìn)施工創(chuàng)造良好條件。

一、項(xiàng)目背景

根據(jù)地質(zhì)資料分析，礦建改造工程一標(biāo)段施工范圍內(nèi)無較大的斷層，地層巖性主要為煤層、泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中粒砂巖和石灰?guī)r，屬于軟巖向中硬巖石過渡帶。施工中揭穿第三、第四含水層組，該含水層組富水性弱，補(bǔ)給來源差，水文地質(zhì)條件簡單。

石炭井焦煤公司在2010年前屬低瓦斯礦井，2011年經(jīng)有關(guān)部門鑒定為高瓦斯并具突出危險(xiǎn)性礦井。隨著礦井不斷延深，瓦斯涌出量不斷增加，如：2451N采面（標(biāo)高+1146m，埋深321m）相對瓦斯涌出量為0.65m3/t，到2461N采面（標(biāo)高+1085m，埋深350m）相對瓦斯涌出量達(dá)到3.96m3/t。因此，礦建技改期間，隨著四水平的開拓，瓦斯涌出量將隨著開拓深度的增加而增加，形成局部高瓦斯區(qū)域。

由于掘進(jìn)巷道的瓦斯涌出主要來自掘進(jìn)落煤時(shí)的瓦斯涌出和裸露煤壁的瓦斯釋放，致使工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冉咏鼒?bào)警臨界值。雖然采用兩組FBD-NO8.0-2× 45kw局扇，配備800直徑雙趟強(qiáng)力膠質(zhì)風(fēng)筒供風(fēng)，最大風(fēng)量1300 m3/min，割煤時(shí)回流風(fēng)瓦斯最高0.63%，但通風(fēng)方法已無法解決掘進(jìn)期間的瓦斯問題。為此，石炭井焦煤公司地面瓦斯抽采系統(tǒng)共安裝3臺(tái)2BEY40型水環(huán)式真空泵，1運(yùn)1備1檢修，設(shè)計(jì)抽采規(guī)模110m3/ min，瓦斯抽采管路管材均為螺旋卷焊鋼管（環(huán)氧樹脂涂層防腐）。

同時(shí)依據(jù)瓦斯主要來源，采取在掘進(jìn)過程中超前探孔，超前預(yù)抽，邊抽邊掘等措施，施工巷道兩側(cè)每40m邁步設(shè)置一個(gè)鉆場，每個(gè)鉆場布置6個(gè)超前鉆孔，9個(gè)順層鉆孔，通過鉆孔抽出部分煤體的瓦斯，有效解決了掘進(jìn)期間工作面及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗^高、老井冒落帶下瓦斯易突出和瓦斯儲(chǔ)藏不清的難題，為煤巷改造順槽掘進(jìn)施工創(chuàng)造良好條件。

二、邁步式鉆場及鉆孔布置

1.鉆場布置

鉆場設(shè)計(jì)為梯形，內(nèi)寬4m，外寬8.5m，深4.5m，高3.8m，鉆場底板高于巷道底板0.3m。同側(cè)相鄰鉆場間距80m，異側(cè)相鄰鉆場間距40m，每個(gè)鉆場布置6個(gè)超前預(yù)抽鉆孔，呈三花眼布置；布置9個(gè)順層鉆孔，呈扇形分布。

2.超前預(yù)抽鉆孔布置

每個(gè)鉆場布置6個(gè)預(yù)抽鉆孔，鉆孔直徑φ113mm，孔深120m，沿煤層傾角走向施工，與巷道中心線呈6°角,鉆孔間距0.8m，下層孔距底板1.8m，上層孔距底板2.4m。見圖1。

3.順層鉆孔布置

每個(gè)鉆場布置9個(gè)順層鉆孔，鉆孔直徑φ113mm，孔深80m，沿煤層傾角走向施工,鉆孔間距0.6m，孔距距底板1.2m。見圖2。

三、邁步式鉆場及鉆孔施工

通過在掘進(jìn)過程中控制掘進(jìn)里程，在施工至鉆場指定位置前做好準(zhǔn)備工作，由掘進(jìn)機(jī)直接施工鉆場，提高了施工質(zhì)量，節(jié)省了大量時(shí)間及人力。鉆場完成后，再由里向外、由上向下依次施工鉆孔，施工完成一個(gè)封閉一個(gè)，并在預(yù)抽鉆孔并網(wǎng)抽放后，施工順層鉆孔。

為避免打鉆期間發(fā)生瓦斯超限事故，施工人員首先采用水排渣鉆孔施工工藝，使用汽水分離裝置，確保打鉆期間安全。其次，通過改進(jìn)打鉆、封孔工藝，使用履帶式鉆機(jī)代替普通液壓鉆機(jī)，鉆桿更換為自排渣麻花鉆桿，極大地提高了鉆孔的成孔效率，節(jié)約了打鉆時(shí)間，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，還在孔口封孔管外端加裝導(dǎo)引四通，安裝控制閥門，將抽管串聯(lián)放水器后連入抽放管路，鉆孔施工過程中調(diào)節(jié)閥門，可做到邊打邊抽，進(jìn)一步提高了抽放效率。

封孔采用加壓注漿封孔法，鉆孔封孔長度為15m，可充填鉆孔周圍裂隙，消除漏氣通道，保證抽放效果。同時(shí)，還將已竣工的抽放鉆孔接入抽放支管進(jìn)行抽放，抽放過程中對鉆孔的抽放參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測對鉆孔抽放狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

四、抽放效果分析和結(jié)論

采用抽放泵抽放負(fù)壓在15kpa時(shí)，預(yù)抽鉆孔抽采瓦斯?jié)舛仍?0～36%之間，單孔混合瓦斯抽放量在1～3m3/min左右，純瓦斯抽放量在0.56～0.98m3/min，一個(gè)月累計(jì)抽放瓦斯831m3；順層鉆孔抽采瓦斯?jié)舛仍?8%～47%之間，單孔混合瓦斯抽放量在2～3.6m3/min，純瓦斯抽放量在0.64～1.06m3/min，一個(gè)月累計(jì)抽放瓦斯1377m3。較抽放前比較，抽放后掘進(jìn)工作面割煤回風(fēng)流瓦斯最高0.3%～0.5%，有效降低了瓦斯?jié)舛?，為施工安全提供了保證。

通過在鉆場內(nèi)布置順層鉆孔預(yù)抽工作面煤體內(nèi)瓦斯，降低瓦斯?jié)舛鹊耐瑫r(shí)，還可以及時(shí)消除工作面瓦斯壓力，具有一定的“防突”作用。通過平行鉆孔抽放已掘巷道煤體內(nèi)瓦斯，減少煤壁涌出瓦斯，解決回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗^高問題，則為老礦改造和煤礦殘采施工，尤其是采空區(qū)、老窯下順槽施工創(chuàng)造良好條件。

（作者單位：中煤第一建設(shè)有限公司）

（責(zé)任編輯：周瓊）

圖1預(yù)抽鉆孔布置剖面圖

圖2順層鉆孔布置剖面圖