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    梁北煤礦快速水力沖孔技術(shù)應用探討

    2019-07-15 00:51:56葛領勛蔣現(xiàn)科高永紅
    山東煤炭科技 2019年6期
    關鍵詞:封孔沖孔孔口

    葛領勛 蔣現(xiàn)科 高永紅

    (河南神火集團梁北煤礦,河南 禹州 452570)

    梁北煤礦位于河南省禹州市以南約7km,礦井于1997年開工建設,1999年6月和7月在建井期間發(fā)生兩次煤與瓦斯動力現(xiàn)象,經(jīng)重慶煤科院鑒定為煤與瓦斯突出礦井。

    梁北煤礦二1煤層瓦斯含量為5.73~13.93m3/t,瓦斯壓力0.6~2.75MPa,煤體堅固性系數(shù)f=0.15~0.25,煤層透氣性系數(shù)為 0.0011~0.0454m2/MPa2·d,屬于較難抽放性“三軟”煤層。二1煤層屬于Ⅲ類不易自燃煤層,煤塵具有爆炸危險性。

    1 工程概況

    梁北煤礦32051工作面是32采區(qū)首采面,位于32采區(qū)東翼,該面東至箕阿、鐵李新村保護煤柱,西至采區(qū)上山保護煤柱,上部為DF3斷層保護煤柱,采面南部發(fā)育有F1斷層(H=170~335m ∠60°),32051工作面布置在DF3斷層與F1斷層之間。

    32051工作面中巷底抽巷全長實掘830.978m,巷道布置在太原組上段巖層(L7~L9灰?guī)r)內(nèi),主要揭露L7灰?guī)r、一14煤、一15煤、一16煤、L8灰?guī)r、一17煤、L9灰?guī)r,之后以砂質(zhì)泥巖(L8灰?guī)r)為頂板。

    2 方案設計

    水力沖孔是指利用鉆機打鉆時噴射的水射流在突出的煤層內(nèi)沖出煤炭和瓦斯或誘導可控制的小型突出,以造成煤體卸壓,排放瓦斯,消除采掘突出危險的方法。對有自噴能力的煤層,用于石門揭煤時是安全可靠的。適用于松軟有嚴重突出危險的自噴煤層。

    為釋放突出潛能,減小或消除突出危險,利用帶高壓水鉆頭向煤層中噴射,達到煤體泄壓、瓦斯釋放的效果。水力沖孔卸壓增透措施是在巖柱的掩護下,施工鉆孔后,采用高壓水通過高效噴頭沖擊鉆孔周圍的煤體,沖出大量煤體和瓦斯,應力集中向沖孔周圍移動,使沖孔附近煤體卸壓增透,有效地提高了抽放效果。該技術(shù)通過改進水力沖孔方法在梁北煤礦應用并取得了較好的效果。

    水力沖孔通過連接孔口三通至防噴箱,使防噴箱向煤池流煤,再經(jīng)過煤池水煤分離,達到水力沖孔效果(見圖1:水力沖孔示意圖,圖2:煤池架)。

    圖1 水力沖孔示意圖

    圖2 煤池架

    3 技術(shù)方案比較

    (1)舊式?jīng)_孔。水力沖孔用Φ153mm鉆頭開孔7m, 然后下入Φ146mm套管4m。固孔可采用合成樹脂封孔劑和毛巾或布頭,沖孔時使用加工好的孔口法蘭通過絲扣固定在套管上,通過連接孔口三通至防噴箱(防噴箱規(guī)格:Φ1m×1.5m)。煤池通過煤袋堆成長方形,沖孔煤量通過防噴箱出水端流煤至沉淀池,工人通過從沉淀池中撈煤至煤池。煤池長約6m,煤池中間安排兩人翻煤。

    (2)新式?jīng)_孔。水力擴孔用Φ153mm鉆頭進行開孔,固孔采用1m長Φ146mm套管頂板生根固孔。其中套管上加工的法蘭盤直接使用8#鐵絲固定于頂板錨桿上(沖完孔后套管可拔出復用),沖孔時直接將孔口三通連接至法蘭盤,中間采用螺絲固定,通過連接孔口三通至防噴箱(防噴箱規(guī)格:Φ0.6m×1.5m)。防噴箱一側(cè)通過倒鏈或8#鐵絲固定于頂板上,一側(cè)直接放至煤池上,防噴箱向煤池方向傾斜,傾斜角度75°。煤池通過鋼板連接成長方形放于底板上,在煤池兩側(cè)及尾側(cè)設置水、煤分離口(長寬約為1m×0.5m,尾部0.5m×0.5m),分離口處采用孔徑5mm的鋼網(wǎng)連接。煤池兩側(cè)連接三道爪釘,防止沖孔時煤體擠壓鋼板造成煤池變形,待煤池內(nèi)流入煤量達標即可。

    (3)新、舊沖孔方式對比表見表1。

    表1 新、舊沖孔方式對比表

    4 封孔工藝

    鉆孔施工結(jié)束后,穿層鉆孔進行全程封孔。每個穿層鉆孔施工完畢后,采用Φ32mm×2m聚乙烯管+尖端堵頭+Φ16mm注漿管+囊袋+樹脂材料進行封孔。對穿層鉆孔進行全程封孔,鉆孔見煤點外2m至孔底全部使用花管,其余全部使用直管,封孔器(囊袋)捆綁在距花管2m位置,預留注漿管捆扎在距上部囊袋2m處,最后一根封孔管使用2組合成樹脂材料進行固孔,在孔口300~500mm處綁上擋圈(布頭),封孔管外漏200~300mm。

    5 井下應用注意事項

    (1)開啟高壓注水泵進行供水,擴孔期間高壓注水泵的終孔端泵壓在4~10MPa。若煤體瓦斯指標超過10m3/t,終孔端泵壓相應降低1~2MPa,防止沖孔速度過快造成瓦斯超限。

    (2)沖孔時因現(xiàn)場條件限制,鉆機與煤池間距過長時,防噴箱長度可相應加長,防噴箱加長時放置傾角可適當調(diào)大。

    (3)在沖孔期間,鉆機推進過程中應帶轉(zhuǎn)慢速進鉆,在進入煤層1~2m進行沖孔。如果有堵鉆孔等現(xiàn)象,可采取快進、快退、快轉(zhuǎn)或去鉆桿重復沖洗等措施。如果有煤量增加或噴孔現(xiàn)象,應停止推進和旋轉(zhuǎn),待孔內(nèi)出水正常后再繼續(xù)鉆進。

    6 結(jié) 語

    通過水力沖孔方式的改變,改善了采面接替緊張的問題,有效地保證了瓦斯抽放時間,實現(xiàn)了生產(chǎn)安全、高效、平穩(wěn)運行。改進后的水力沖孔單孔降低材料費150元,施工進度提高約3倍,勞動強度降低約3倍,現(xiàn)場文明衛(wèi)生也得到明顯改善,降低了電泵損壞頻率。新型水力沖孔施工工藝在終孔端調(diào)整了高壓注水泵泵壓,使沖孔在煤體中產(chǎn)生更大的空隙,瓦斯抽采流量提高1.5~2倍,高瓦斯?jié)舛瘸榉艜r間延長約1.1倍,達到了理想的效果。

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