超前預抽、邊掘邊抽在掘進中的應用

王世平

(汾西礦業集團公司通風處,山西介休032000)

1 概況

河西礦屬高瓦斯礦井,現有井田面積18.9km2,主要開采山西組3#、4#煤層。在礦井180萬t/a升級改造設計中,又在井田邊界增加了2號回風井。設計中,新采區3#、4#煤層均布置有軌道、皮帶、回風三條采區巷道貫穿整個采區。4#煤回風巷在掘進至距2#回風井330～360m、底板等高線580水平處時,工作面瓦斯涌出量急劇增大,最大達到11m3/min,為正常涌出量的3～ 4倍,造成該工作面無法正常掘進而停產。4#煤回風巷停掘后,為確保2#回風井如期投運,又改掘3#煤回風巷,但當巷道掘至4#煤瓦斯涌出增大的相同地段時,也出現了瓦斯涌出量急劇增大的問題。為解決掘進作業時瓦斯超限問題,采取了加大供風量的措施,采取兩臺風機 (2×30kW兩臺),兩趟風筒 (Φ1000mm)送風,送風量達到800～900 m3/min,但收效甚微,回風流中瓦斯濃度仍難降到1%以下。又因無法正常作業而停產,直接影響了工程進度,嚴重影響2#回風井通風系統的及時投運。

要從根本上解決3#、4#煤掘進巷道中的瓦斯問題,必須采取抽放瓦斯的辦法才能奏效。鑒于當時該礦尚未建立地面固定瓦斯抽放系統,該礦煤層透氣性又較好,為解燃眉之急,決定先利用井下移動式瓦斯抽放系統,對3#、4#煤的掘進工作面進行瓦斯預抽放。

2 超前預抽、邊掘邊抽技術的應用

依據當時該礦實測的瓦斯基礎參數,4#煤回風巷掘進工作面瓦斯涌出量已達11m3/min。為此,考慮采用前方預抽,后方卸壓邊掘邊抽的措施,即在掘進面迎頭施工超前,順層長鉆孔預抽掌子面煤壁以里膨脹裂隙深度范圍內瓦斯和在巷道兩側設置鉆場對巷道周圍卸壓煤體內的瓦斯進行邊掘邊抽,以解決掘進工作面的瓦斯異常涌出,提高巷道的掘進速度,緩解礦井采掘接替緊張問題。

2.1 超前鉆孔布孔因素的考慮

1)鉆孔預抽時間由瓦斯壓力下降情況而定,超前預抽和邊掘邊抽過程,要始終保持鉆孔的氣密性。

2)將鉆孔盡量在煤壁以里膨脹裂隙范圍內均勻分布,同時注意對迎頭隅角的控制。

3)根據掌子面煤壁以里形成的膨脹裂隙深度,確定預抽鉆孔的深度。

2.2 超前鉆孔的布置及參數

巷道斷面寬3.2m、高2.6m,預抽鉆孔控制在巷道輪廓線外2～4m(包括巷道斷面內的煤層),深度20m,孔底間距2～3m。具體參數及示意圖如圖1、表1所示 (鉆孔角度和方位由技術科放線確定,抽放隊負責施工)。

圖1 超前鉆孔布置示意圖

表1 超前鉆孔參數表

2.3 邊掘邊抽鉆場及鉆孔的布置

鉆場深度4m,鉆場間距視鉆孔深度而定,為保證抽放效果,鉆場間應留有10m范圍的壓茬(見圖 2)。

圖2 掘進工作面邊掘邊抽鉆場、鉆孔布置

2.3.1 鉆場布置設計參數

掘進工作面邊掘邊抽是在巷道兩側開設鉆場,鉆場之間的間距為80m,鉆場規格為:寬3.5m,深4m,高與掘進巷道的高度相同,采用錨網支護。

2.3.2 邊掘邊抽鉆孔設計參數

距掘進工作面最近鉆場的鉆孔布置,要保證鉆孔始終超前掘進工作面10m以上,1#孔開孔位置距巷幫3m,所有開孔間距為0.2～0.3m,開孔距底板1.2～1.5m,終孔間距為3m。因此,設計邊掘邊抽工作面的抽放鉆孔參數如下:

鉆孔長度100m。鉆孔直徑φ91mm。鉆孔夾角β1=90°,β2=87°,β3=84°。鉆孔傾角-3°～-4°(或沿煤層傾角)。

2.4 施工技術設備及安全使用措施

使用 TXU-75型煤礦安全鉆機施工,鉆機必須安設牢固,鉆機底盤和基臺必須平衡、固定、水平。鉆機、電機等設備需按說明書要求做嚴格防爆檢查,且在地面試運轉正常后方可入井。鉆機要安設風電和瓦斯斷電閉鎖裝置,并保證靈敏可靠、超限自動斷電。

2.5 施工技術措施

1)選擇Φ91鉆頭施工鉆孔,并保證一定的抽放時間。

2)采用鉆屑指標法 (MD-2預測預報儀),效果檢驗低于臨界值 (見表2)以下后,方可向前進尺,并且保持鉆孔超前于掘進工作面的距離不得小于5m。

3)煤層賦存狀態發生變化時,應及時探明情況,再重新確定鉆孔的參數。

4)超前鉆孔施工前,應加強工作面支護,打好迎面支架,背好工作面。

表2 鉆屑指標法預測掘進工作面突出危險性的臨界值

2.6 超前抽放鉆孔施工的安全技術措施

該礦4#煤回風巷走向沿煤層傾角方向4°～7°掘進,煤層平均厚度2.4m,4#煤層上部為3#煤層,4#煤和3#煤層間距平均14.52m左右。采用放震動炮措施全斷面掘進,為保證掘進的安全,特編制4#煤層回風巷掘進鉆孔和超前排放鉆孔施工的安全技術措施。

1)施工地點附近5m范圍內,必須加強支護,防止片幫、漏頂傷人,迎頭至巷道外口有通暢的排水渠。

2)所用電器設備必須定期檢查,確保防爆性能可靠。

3)施工過程中,瓦斯濃度達到1%時,停止施工,達到1.5%時必須切斷電源撤出人員,鉆機實行瓦斯電閉鎖。

4)施工人員必須密切觀察施工迎頭瓦斯動力情況,發現異常時,及時斷電、撤人。

5)巷道內監測監控系統運行可靠,每班專職瓦斯檢查員緊跟迎頭,經常檢查,及時提供瓦斯情況指導施工。

6)保證通風系統正常可靠,局扇實現“雙風機雙電源”“三專兩閉鎖”,風筒吊掛整齊,迎頭保證風量充足。

7)鉆進中,禁止敲擊。確需敲擊的,應使用銅制工具。

8)上卸鉆桿及撤裝鉆機必須按規定進行,且步調一致,人員不得正對鉆桿作業、嚴禁違章作業。

9)鉆進中,一旦發現有頂鉆現象,必須停止鉆進,但不得撥出鉆桿。

10)嚴格按給定角度、方位和其它技術要求施工。

11)必須配備經專門培訓、打鉆技術較強、有預防和處理事故經驗的鉆工參加,且能夠掌握煤與瓦斯突出征兆,了解避災線路和待避地點。

12)鉆孔鉆進時,鉆機與孔口之間必須設置擋煤板,且厚度不小于 40mm,面積不小于1000mm×1000mm。

2.7 工作面突出危險性預測

在掘進中,還應進行突出危險性預測,有下列情況之一者,應視為突出危險工作面,并及時采取防突措施:

1)鉆屑指標大于臨界值。

2)在掘進打眼過程中,出現噴孔、頂鉆等動力現象。

3)煤層賦存條件急劇變化的區域。4)工作面出現明顯的突出預兆。

3 結語

河西礦作為我公司并購的第一座高瓦斯礦井,在改擴建初期一直受風量制約,瓦斯超限情況時有發生,生產時斷時續,給礦井安全生產帶來很大隱患。超前預抽、邊掘邊抽在該礦下鄰近層4#煤回風巷的應用,有效解決了這一問題。經過一個月的技術應用后,在上鄰近層3#煤回風巷得到大力推廣,并使用綜掘機進行掘進,為3#煤回風巷按期與2#回風井貫通贏得了寶貴的時間,使2#回風井得以如期投運。