煤與瓦斯突出礦井掘進(jìn)工作面強(qiáng)化瓦斯抽采技術(shù)研究

吳振芳

(山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司,山西  晉城  048000)

摘  要:為解決突出礦井巷道掘進(jìn)瓦斯因素的制約，解決安全高效目的，通過煤層底抽巷實(shí)施穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯、水力通孔造穴、工作面補(bǔ)充密集鉆孔強(qiáng)化瓦斯抽采，巷道交替施工輪掘作業(yè)等方式方法，使掘進(jìn)效率提高65%，達(dá)到安全高效掘進(jìn)目的。

關(guān)鍵詞：煤礦；瓦斯；掘進(jìn)

1 礦井基本情況

玉溪煤礦礦井建設(shè)規(guī)模240萬噸/年，煤與瓦斯突出礦井。瓦斯資源總量為41.86億立方米，原始瓦斯含量為15.47～26m³/t，原始瓦斯壓力1.02～1.86MPa，透氣性系數(shù)為0.134~0.26 m²/MPa²?d，屬于可以抽采煤層。礦井地面建立有永久瓦斯抽放泵站，抽放主干管路選用兩趟D820聚乙烯涂塑復(fù)合管和一趟D530聚乙烯涂塑復(fù)合管。抽放支管選用D530螺旋卷焊鋼管、D630螺旋卷焊鋼管。采用穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯、順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯進(jìn)行消突。

2 當(dāng)前礦井瓦斯治理存在問題及原因分析

區(qū)域綜合防突措施不能完全消除煤層瓦斯突出危險性，掘進(jìn)工作面前方煤巖體受多種應(yīng)力疊加作用，積聚的能量超過其抵抗強(qiáng)度極限，在掘進(jìn)過程中一擔(dān)打破了工作面前方應(yīng)力高度集中煤體的應(yīng)力平衡，巷道掘進(jìn)受抽采時間、軟分層發(fā)育影響等因素影響極易發(fā)生瓦斯事故。

受巖石巷道掘進(jìn)速度、鉆孔抽采效果等諸多因素影響，雖然已實(shí)現(xiàn)區(qū)域效果檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)，但部分區(qū)域煤層殘余瓦斯含量為仍然很高，造成巷道掘進(jìn)時瓦斯涌出量增大，制約掘進(jìn)進(jìn)尺。

3 強(qiáng)化瓦斯抽采方案

3.1 通過中央回風(fēng)大巷（巖石大巷）實(shí)施穿層鉆孔通孔造穴加強(qiáng)區(qū)域抽采效果

3.1.1 補(bǔ)強(qiáng)抽采方式

充分利用已有穿層鉆孔，對構(gòu)造區(qū)、瓦斯抽采效果差的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)孔，加強(qiáng)抽采。

西瓦斯抽放巷雖經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)剩余煤巷已達(dá)標(biāo)，但中央回風(fēng)大巷檢測部分鉆場殘余瓦斯含量為7.5m³/t左右；根據(jù)地質(zhì)資料顯示距煤層頂板1m處有一層厚度大約0.2m不穩(wěn)定的軟分層，為消除軟分層的突出危險性，在巷道內(nèi)對部分鉆孔進(jìn)行通孔造穴作業(yè)，以確保鉆孔暢通，使其高效抽采。

3.3.2 鉆機(jī)型號

鉆孔施工選用ZDY4500LXY鉆機(jī)及配套造穴設(shè)備，鉆桿直徑73mm，配套鉆頭為94mm。

3.1.3 鉆孔封孔及連接

通孔時根據(jù)孔口管理牌找到對應(yīng)的鉆孔，安裝孔口設(shè)施后進(jìn)行通孔；造穴結(jié)束后重新進(jìn)行接抽，選用Φ108軟管接入原分配器，并應(yīng)加強(qiáng)鉆場放水。鉆孔內(nèi)瓦斯由分配器至中央回風(fēng)大巷Φ530永久管路。

3.1.4 造穴位置及標(biāo)準(zhǔn)

使用配套的鉆頭、“造穴水刀”、鉆桿沿鉆孔方向通至孔底，通孔時緩慢旋轉(zhuǎn)，供水壓力不大于4Mpa；當(dāng)鉆桿通至孔底后，在鉆孔的上部進(jìn)行造穴，造穴位置為孔底退后0.5m開始至2.5m結(jié)束，共2m段進(jìn)行造穴。造穴壓力為15-18Mpa,每米出煤量為1-1.5m³，通孔造穴鉆孔參數(shù)如表1所示。

表1  通孔造穴鉆孔參數(shù)表

3.2 東瓦斯抽放巷、盤區(qū)回風(fēng)巷工作面密集鉆孔強(qiáng)化消突措施

3.2.1 強(qiáng)化消突措施鉆孔參數(shù)

在東瓦斯抽放巷工作面和盤區(qū)回風(fēng)巷工作面迎頭分別向北施工順層鉆孔，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化消突。施鉆前對工作面軟分層分布情況進(jìn)行分析，在工作面迎頭施工兩排鉆孔，每排施工9個鉆孔，所施工的鉆孔呈三花布置，覆蓋至巷道兩幫輪廓線外5m，鉆孔長度50m，鉆孔開孔位置如圖1所示，具體鉆孔參數(shù)如表2所示。

圖1東瓦斯抽放巷、盤區(qū)回風(fēng)巷工作面鉆孔開孔位置示意圖

表2   東瓦斯抽放巷、盤區(qū)回風(fēng)巷工作面鉆孔參數(shù)表

3.2.2 鉆機(jī)型號

鉆孔施工選用ZDY4200LPS鉆機(jī)及配套設(shè)備，鉆桿直徑73mm，配套鉆頭為94mm。

3.2.3 鉆孔封孔及連接

鉆孔施工到位后將孔內(nèi)沖洗至無殘留煤渣；利用瓦斯抽采系統(tǒng)管路對濃度高于10%的鉆孔進(jìn)行接抽，接抽負(fù)壓不小于13kpa，接抽時間不少于10天，采用聚氨酯封孔，封孔長度不小于8m，嚴(yán)密封孔，孔口掛牌并按時檢測。

3.2.4 工作面強(qiáng)化措施效果檢驗(yàn)及工作面掘進(jìn)

在盤區(qū)回風(fēng)巷和東瓦斯抽放巷掘進(jìn)過程中連續(xù)執(zhí)行，強(qiáng)化抽采措施每循環(huán)分別覆蓋巷道前方50m，預(yù)留20米超前距，允許掘進(jìn)距離為30m。

3.3 西瓦斯抽放巷強(qiáng)化抽采方案

3.3.1 工作面迎頭密集鉆孔強(qiáng)化抽采

西瓦斯抽放巷工作面為沿煤層底板掘進(jìn)，在工作面迎頭施工順層抽采鉆孔，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化抽采。鉆孔布置三排，每排施工9個鉆孔，所施工的鉆孔呈三花布置，覆蓋至巷道兩幫輪廓線外15m，上兩排鉆孔通過調(diào)高傾角穿透上部軟分層進(jìn)入煤層頂板，鉆孔開孔位置如圖2所示。

圖2  西瓦斯抽放巷鉆孔開孔位置示意圖

3.3.2 區(qū)域措施效果檢驗(yàn)及工作面掘進(jìn)

在西瓦斯抽放巷掘進(jìn)過程中連續(xù)執(zhí)行，強(qiáng)化抽采方案每循環(huán)覆蓋巷道前方60m。預(yù)留20米超前距，每循環(huán)允許掘進(jìn)距離分別為40m。

現(xiàn)場實(shí)測時嚴(yán)格執(zhí)行《防突細(xì)則》要求，區(qū)域布置檢測點(diǎn)5個，分別位于巷道正前方20m、40m、60m及巷道左右兩側(cè)，當(dāng)實(shí)測所有測點(diǎn)殘余瓦斯含量全部降至7m³/t（構(gòu)造帶殘余瓦斯含量小于6m3/t）以下后，工作面方可判定措施有效。

3.4 利用已掘巷道施工鉆孔進(jìn)行補(bǔ)充強(qiáng)化抽采

盤區(qū)回風(fēng)巷超前西瓦斯抽放巷200米，在巷道西幫施工順層鉆孔對西瓦斯瓦斯抽放巷實(shí)施補(bǔ)充強(qiáng)化抽采。

3.4.1 利用已掘巷道施工鉆孔參數(shù)

鉆孔布置一排，三花眼布置，鉆孔開孔間距3m，覆蓋至西瓦斯抽巷西幫輪廓線外15m，具體參數(shù)如下圖3所示。

                            平  面  圖

                             剖  面  圖

鉆孔開孔示意圖

3.4.2 其 它

鉆孔施工選用設(shè)備、封聯(lián)孔、接抽及安全技術(shù)措施等與前文描述描述一致。

4 治理效果分析

區(qū)域綜合防突措效果檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)后，再通過以上一系列強(qiáng)化措施，使瓦斯抽采效果進(jìn)一步強(qiáng)化，選用鉆屑瓦斯解析指標(biāo)發(fā)對工作面煤體進(jìn)行檢測，強(qiáng)化抽采后巷道未掘區(qū)域賦存瓦斯指標(biāo)明顯下降，掘進(jìn)效率顯著提高，治理效果詳見表3所示。

表3   瓦斯治理效果對照表

5 結(jié)語

（1）通過實(shí)施煤層底板巖石大巷穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯、水力通孔造穴增透、掘進(jìn)工作面迎頭密集鉆孔強(qiáng)化抽采、利用已掘巷道實(shí)施補(bǔ)充強(qiáng)化抽采等綜合全方位立體抽采，快速消突縮短抽采時間、降低殘余瓦斯含量、消除構(gòu)造煤突出危險、提高抽采效果。

（2）通過優(yōu)化掘進(jìn)施工勞動組織，增加瓦斯抽采施工隊(duì)伍，三條巷道輪掘作業(yè)保證瓦斯抽采達(dá)標(biāo)后連續(xù)施工，使巷道掘進(jìn)效率由原每月100m，提高至165m，通過綜合措施強(qiáng)化瓦斯抽采有效保障了巷道安全高效施工。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王海峰、程遠(yuǎn)平、沈永銅，等.高產(chǎn)高效工作面頂板走向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)[J].采礦與安全工程學(xué)報，2008.25（2）：168-171.

[2]《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》