李曉飛
摘? 要:為了有效解決平煤股份十礦己15-16-24110突出煤層掘進期間煤與瓦斯突出和回采期間瓦斯涌出問題,提出了在該工作面煤層底板中布置一條預抽及卸壓巷道。通過對己組煤層瓦斯壓力、瓦斯含量及底板巷內(nèi)向采面中部打鉆預抽范圍進行分析,確立了最佳底板巷位置和穿層鉆孔的抽放半徑。瓦斯預抽卸壓結果表明:該項技術有效地防治了己15-16-24110綜采工作面掘進期間煤與瓦斯的突出,同時解決了該工作面瓦斯涌出上隅角超限問題,使工作面在生產(chǎn)高峰時,上隅角瓦斯?jié)舛仁冀K控制在0.5%左右,確保了工作面得安全回采。
關鍵詞:瓦斯;預抽巷預抽;卸壓;穿層鉆孔
平煤股份位于平頂山礦區(qū)東部,礦井核定生產(chǎn)能力300萬噸 /年。礦井主采丁、戊、己三組煤層, 1991年戊9-10煤層被鑒定為突出煤層,同時礦井被鑒定為突出礦井,己組被鑒定為突出煤層。歷史上共發(fā)生突出48次,礦井絕對瓦斯涌出量為121.73m3/min,相對涌出量為32.00m3/t。礦井通風方式為分區(qū)抽出式,有效風量22689m3/min,有效風量率89%,礦井等積孔9m2。結合戊組煤層賦存條件,提出一種新型的瓦斯治理工程底板巷抽放技術,減少回采工作面瓦斯涌出量的同時保證底抽巷抽放瓦斯?jié)舛龋_到瓦斯發(fā)電低濃度利用的條件。在平煤集團治理瓦斯具有指導意義。
一、概況
己15-16-24110采面位于己四采區(qū)東翼第三階段,西靠采區(qū)三條下山,東為十二礦井田邊界,南鄰己15-16-24090采空區(qū),北部尚未開采。工作面埋深880~1039米,煤層厚度1.8~4.9米之間,平均厚度3.0米左右,傾角8°~23°。切眼斜長256米,有效走向785米,采高3.0米。己15-16煤層直接頂為2.0~4.6米的砂質(zhì)泥巖,中間夾碳質(zhì)泥巖一層,易破碎脫 ,其上為6~19米的灰色砂質(zhì)泥巖,含己14煤層,老頂為大于18米的厚層狀細~中粒砂巖;直接底為3.7~4.9米砂質(zhì)泥巖,中間夾薄層細砂巖,其下為2.0~2.8米的己17煤層,再下為砂質(zhì)泥巖含薄層狀細砂巖及L1~L7灰?guī)r。根據(jù)平頂山礦區(qū)煤層賦存地質(zhì)條件和瓦斯突出特征、瓦斯涌出規(guī)律,在十礦己15-16—24110工作面進行底板巷預抽及卸壓抽放技術應用研究,即在己15-16煤層底板沿煤層走向做一條巖石巷道,實施穿層鉆孔,對工作面機巷進行預抽,預先消除工作面機巷的突出危險性,加快掘進速度;同時利用回采工作面的卸壓作用,對己15-16—24110工作面前方及后方的卸壓區(qū)瓦斯進行抽放。
二、底板抽放巷設計
(1)巷道開口:底抽巷施工開口于己四軌道下山軌22點前25米。(2)通風系統(tǒng):巷道施工60米于抽2點前40米布置回風川與己四瓦專相連,形成獨立的通風系統(tǒng)。(3)施工層位:巷道開口在己15煤層頂板,下山施工穿過己15-16和己17煤層后,巷頂距己17底6米施工,在施工過程中,向工作面前上方布置深30米的探孔,控制地質(zhì)構造和距己17的準確層間距,防止誤揭煤層。
向采面中部施工的鉆孔:為減少采面中部預抽空白帶,在底抽巷另一側(靠近風巷側)施工上山鉆孔,在底抽巷內(nèi)向工作面煤層打穿層鉆孔抽放,同時在采面回采期間進行抽放,解決鄰近層(己17煤層)和采空區(qū)瓦斯涌出。底抽巷鉆孔布置方式為(見圖一):沿巷道走向,與巷道夾角60°,縱向布置一組3個鉆孔,上、中、下布置,上孔仰角30°,中孔仰角25°,下孔仰角20°,每組鉆孔間距8米,孔徑75mm,孔深保持在60米以上(終孔到底抽巷以外53米)。
圖一 底抽巷向采面施工鉆孔示意圖
三、底抽巷抽放鉆孔設計與施工
(一)穿層鉆孔預抽半徑的測定。穿層鉆孔預抽半徑采用負壓法進行測定。具體方法是:在底板抽放巷中,向機巷布置試驗鉆孔,由兩個觀測孔和一個抽放孔組成,先施工2個壓力測定鉆孔,2個壓力測定鉆孔間隔5m,鉆孔直徑75mm,鉆孔深度65m,封孔深度8m。抽放孔位于兩個觀測孔之間,如圖二所示。
圖二 鉆孔示意圖
(二)測定操作步驟。①在巷道中選定位置,按照技術要求施工2個平行布置的壓力測定鉆孔。首先施工1#鉆孔,孔徑75mm,孔深65米,鉆孔打完后用聚氨酯封孔,封孔深度8米;之后在距離1#觀測孔5米處施工2#觀測孔,參數(shù)同1#觀測孔相同,封孔后用乳膠管將封孔管與U型水柱壓差計連接,觀測水柱變化。②在兩個觀測孔之間距離1#觀測孔3米位置、,施工與兩孔平行的試驗鉆孔,參數(shù)與觀測孔相同,打完孔后立即封孔,在空口裝上孔板并開始抽放,同時觀測1#、2#觀測鉆孔的水柱變化。③在抽放鉆孔并網(wǎng)抽放后,開始計時,之后每隔1h使用抽氣筒抽取管內(nèi)氣體并測量濃度,同時觀察煤氣表流量數(shù)值并隨時記錄。當觀測到1#和2#觀測孔其中任意一個鉆孔具有負壓時,記錄此時的時間,直到兩個觀測孔都具有負壓時,即可停止觀測。試驗鉆孔的觀測時間不少于36小時,但在流量出現(xiàn)明顯衰減后,可以提前終止測定。
(三)測定結果。鉆孔預抽半徑測定在24110底抽巷內(nèi)進行,兩個觀測孔已于前一個班打完并封孔完畢,當班在兩個觀測孔之間打了一個抽放孔,觀測鉆孔U型水柱壓差計處于正壓,是因為鉆孔內(nèi)部瓦斯涌出形成一定壓力所致,在沒有對鉆孔進行抽放時,兩個觀測孔的正壓水柱值是緩慢上升的,從剛封孔時的0mmH2O逐漸上升到300mmH2O和350mmH2O。在抽放試驗鉆孔聯(lián)網(wǎng)后,從觀測結果來看,經(jīng)歷過36個小時的抽放,在鉆孔抽放負壓穩(wěn)定的情況下,1#觀測孔的壓差計數(shù)值從300mmH2O下降到170mmH2O,說明1#觀測孔受抽放試驗鉆孔的影響很小。而2#觀測孔從初始的350mmH2O下降到20mmH2O,表明2#鉆孔處于抽放試驗鉆孔的影響半徑之內(nèi)。從抽放試驗鉆孔的觀測數(shù)據(jù)看,在抽放負壓穩(wěn)定的情況下,鉆孔內(nèi)瓦斯流量基本穩(wěn)定,但抽放濃度下降很快。經(jīng)過抽放以后,己組煤層36個小時內(nèi)抽放半徑可以達到2米左右。endprint
四、底抽巷鉆孔聯(lián)網(wǎng):
(1)底抽巷敷設一趟內(nèi)徑200mm抽放支管。控制機巷的預抽鉆孔并入內(nèi)徑200mm抽放支管,待機巷掘進位置超過鉆孔終孔位置后,鉆孔甩掉停止抽放。(2)抽采面中部施工的鉆孔也并入內(nèi)徑200mm抽放支管,鉆孔全部施工完畢后,對所有單孔進行了一次全面檢查,確認無漏氣后,對底抽巷進行封閉。底抽巷抽放支管在己四軌道下山與300mm采區(qū)抽放主管路相連,由地面2號泵(額定流量250m3/min)進行抽放。
五、深孔松動爆破設計
在機巷掘進期間,還在迎頭實施了深孔松動爆破,以提高預抽效果。
(一)爆破孔參數(shù)。(1)孔徑的選擇。爆破孔徑越大,裝藥量越多,爆炸能量越大 根據(jù)現(xiàn)場機具 取D=42mm. 如圖三
圖三? 爆破孔
控制孔孔徑越大,對裂隙的形成和擴展越有利,受現(xiàn)場打鉆設備和工藝安全等因素的限制,一般在75mm~150mm之間。 控制孔孔徑一般取89mm。
(二)深孔松動爆破之前先進行排放鉆孔并效果檢驗。在迎頭先施工三個鉆孔,孔徑89mm,孔深10m,孔數(shù)8個,呈三排布置。
深孔爆破孔數(shù)3個,孔徑42mm,孔深8m,布置在排放鉆孔的中間位置(如圖四所示)。
圖四 巷道開孔位置
六、實驗結果
在施工完排放鉆孔后,如果直接開始掘進,實驗前后巷道在正常掘進期間的瓦斯涌出量來看(采用2×30KW風機通風),每個循環(huán)掘進過程中的瓦斯?jié)舛仍?.6-0.7%之間,如果掘進速度過快,則可能到0.8%以上,造成巷道內(nèi)斷電,直接影響巷道的掘進速度,巷道的正規(guī)循環(huán)率只能達到20%左右。在執(zhí)行深孔控制預裂爆破之后,正常掘進過程中的瓦斯?jié)舛纫恢狈€(wěn)定在0.5%以下,并且能夠有效的減少夾鉆和噴孔等突出預兆,工作面的正規(guī)循環(huán)率達到25%以上,保證了工作面的正常接替。
七、預抽鉆孔卸壓規(guī)律
在巷道開口位置掘進到到預抽巷施工鉆孔位置之前,巷道在掘進時,巷道在施工排放鉆孔時,響煤炮、噴孔、夾鉆現(xiàn)象時有發(fā)生,放炮掘進時,瓦斯?jié)舛纫恢痹?.7%左右。到預抽位置時,預抽巷內(nèi)第一鉆場內(nèi)所打鉆孔已經(jīng)進行3個月的預抽,巷道進入預抽范圍后,響煤炮、噴孔、夾鉆現(xiàn)象基本消失,沒有出現(xiàn)過效檢參數(shù)超標,放炮后瓦斯?jié)舛纫恢狈€(wěn)定在0.5%以下。
因此,控制機巷的抽放鉆孔施工和抽放超前于機巷掘進施工3個月左右(進尺200米以上),保證有一定的預抽期,可以達到相應的預抽效果。
八、研究效果分析及結論
(一)機巷掘進防突效果分析。底板巷預抽在機巷掘進過程中表現(xiàn)出來的效果非常明顯,在己15-16-24110機巷1050米煤巷長度內(nèi)杜絕了煤與瓦斯突出事故;己15-16-24110機巷平均月進度77米,與嚴重突出工作面平均月進度50米的水平提高了54%;在己15-16-24110機巷掘進期間,經(jīng)過預抽,工作面在掘進速度、瓦斯涌出量及突出危險性預測結果上與上一個階段的己15-16-24090機巷對比如下:
(二)卸壓抽放效果分析。在底抽巷預抽鉆孔控制范圍的機巷以及切眼下部,施工中均杜絕了煤與瓦斯突出,但在預抽范圍以外,切眼上半部施工中于2007年3月3日發(fā)生一起突出事故,事故的發(fā)生也從反面充分驗證了預抽巷防突治理效果。
(三)采面穿層抽放效果分析。(1)采面自機巷到以上120米(80架)范圍內(nèi),煤層堅固性系數(shù)明顯大于上部煤層,在采面執(zhí)行措施期間,鉆孔施工進度、異常出現(xiàn)頻率、效檢超標點分布等情況在此區(qū)段內(nèi)明顯與其他不同,夾鉆、噴孔、超標基本沒有出現(xiàn)。(2)采面回采初次來壓后,抽放濃度明顯增大,由10%以下,增大到40~60%,搭配其他抽放地點,保證了地面瓦斯發(fā)電三臺機組的正常運轉(zhuǎn)。
參考文獻:
[1] 聶政 淮北每天區(qū)域性防治煤與瓦斯防治對策(j),煤炭科學技術,2008(4)
[2] 王兆豐,劉軍 我國煤礦瓦斯抽放存在的問題及對策探討(j).煤炭安全2005(3)3
[3] 龍伍見;預抽煤層瓦斯防止突出的實踐及問題探討[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;1994年04期
[4] 陳銳;提高突出煤層預抽瓦斯效果的途徑[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;1990年05期
[5] 王培堂,任文善;預抽瓦斯對工作面瓦斯涌出量的影響分析[J];煤礦安全;1995年10期
[6] 杜子健;;成莊礦順層鉆孔預抽煤層瓦斯的合理鉆孔參數(shù)試驗[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2006年S1期
[7] 劉健;劉澤功;石必明;蔡峰;;突出煤層快速掘進深孔預裂爆破預抽瓦斯技術[J];煤炭科學技術;2008年08期endprint
四、底抽巷鉆孔聯(lián)網(wǎng):
(1)底抽巷敷設一趟內(nèi)徑200mm抽放支管。控制機巷的預抽鉆孔并入內(nèi)徑200mm抽放支管,待機巷掘進位置超過鉆孔終孔位置后,鉆孔甩掉停止抽放。(2)抽采面中部施工的鉆孔也并入內(nèi)徑200mm抽放支管,鉆孔全部施工完畢后,對所有單孔進行了一次全面檢查,確認無漏氣后,對底抽巷進行封閉。底抽巷抽放支管在己四軌道下山與300mm采區(qū)抽放主管路相連,由地面2號泵(額定流量250m3/min)進行抽放。
五、深孔松動爆破設計
在機巷掘進期間,還在迎頭實施了深孔松動爆破,以提高預抽效果。
(一)爆破孔參數(shù)。(1)孔徑的選擇。爆破孔徑越大,裝藥量越多,爆炸能量越大 根據(jù)現(xiàn)場機具 取D=42mm. 如圖三
圖三? 爆破孔
控制孔孔徑越大,對裂隙的形成和擴展越有利,受現(xiàn)場打鉆設備和工藝安全等因素的限制,一般在75mm~150mm之間。 控制孔孔徑一般取89mm。
(二)深孔松動爆破之前先進行排放鉆孔并效果檢驗。在迎頭先施工三個鉆孔,孔徑89mm,孔深10m,孔數(shù)8個,呈三排布置。
深孔爆破孔數(shù)3個,孔徑42mm,孔深8m,布置在排放鉆孔的中間位置(如圖四所示)。
圖四 巷道開孔位置
六、實驗結果
在施工完排放鉆孔后,如果直接開始掘進,實驗前后巷道在正常掘進期間的瓦斯涌出量來看(采用2×30KW風機通風),每個循環(huán)掘進過程中的瓦斯?jié)舛仍?.6-0.7%之間,如果掘進速度過快,則可能到0.8%以上,造成巷道內(nèi)斷電,直接影響巷道的掘進速度,巷道的正規(guī)循環(huán)率只能達到20%左右。在執(zhí)行深孔控制預裂爆破之后,正常掘進過程中的瓦斯?jié)舛纫恢狈€(wěn)定在0.5%以下,并且能夠有效的減少夾鉆和噴孔等突出預兆,工作面的正規(guī)循環(huán)率達到25%以上,保證了工作面的正常接替。
七、預抽鉆孔卸壓規(guī)律
在巷道開口位置掘進到到預抽巷施工鉆孔位置之前,巷道在掘進時,巷道在施工排放鉆孔時,響煤炮、噴孔、夾鉆現(xiàn)象時有發(fā)生,放炮掘進時,瓦斯?jié)舛纫恢痹?.7%左右。到預抽位置時,預抽巷內(nèi)第一鉆場內(nèi)所打鉆孔已經(jīng)進行3個月的預抽,巷道進入預抽范圍后,響煤炮、噴孔、夾鉆現(xiàn)象基本消失,沒有出現(xiàn)過效檢參數(shù)超標,放炮后瓦斯?jié)舛纫恢狈€(wěn)定在0.5%以下。
因此,控制機巷的抽放鉆孔施工和抽放超前于機巷掘進施工3個月左右(進尺200米以上),保證有一定的預抽期,可以達到相應的預抽效果。
八、研究效果分析及結論
(一)機巷掘進防突效果分析。底板巷預抽在機巷掘進過程中表現(xiàn)出來的效果非常明顯,在己15-16-24110機巷1050米煤巷長度內(nèi)杜絕了煤與瓦斯突出事故;己15-16-24110機巷平均月進度77米,與嚴重突出工作面平均月進度50米的水平提高了54%;在己15-16-24110機巷掘進期間,經(jīng)過預抽,工作面在掘進速度、瓦斯涌出量及突出危險性預測結果上與上一個階段的己15-16-24090機巷對比如下:
(二)卸壓抽放效果分析。在底抽巷預抽鉆孔控制范圍的機巷以及切眼下部,施工中均杜絕了煤與瓦斯突出,但在預抽范圍以外,切眼上半部施工中于2007年3月3日發(fā)生一起突出事故,事故的發(fā)生也從反面充分驗證了預抽巷防突治理效果。
(三)采面穿層抽放效果分析。(1)采面自機巷到以上120米(80架)范圍內(nèi),煤層堅固性系數(shù)明顯大于上部煤層,在采面執(zhí)行措施期間,鉆孔施工進度、異常出現(xiàn)頻率、效檢超標點分布等情況在此區(qū)段內(nèi)明顯與其他不同,夾鉆、噴孔、超標基本沒有出現(xiàn)。(2)采面回采初次來壓后,抽放濃度明顯增大,由10%以下,增大到40~60%,搭配其他抽放地點,保證了地面瓦斯發(fā)電三臺機組的正常運轉(zhuǎn)。
參考文獻:
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[6] 杜子健;;成莊礦順層鉆孔預抽煤層瓦斯的合理鉆孔參數(shù)試驗[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2006年S1期
[7] 劉健;劉澤功;石必明;蔡峰;;突出煤層快速掘進深孔預裂爆破預抽瓦斯技術[J];煤炭科學技術;2008年08期endprint
四、底抽巷鉆孔聯(lián)網(wǎng):
(1)底抽巷敷設一趟內(nèi)徑200mm抽放支管。控制機巷的預抽鉆孔并入內(nèi)徑200mm抽放支管,待機巷掘進位置超過鉆孔終孔位置后,鉆孔甩掉停止抽放。(2)抽采面中部施工的鉆孔也并入內(nèi)徑200mm抽放支管,鉆孔全部施工完畢后,對所有單孔進行了一次全面檢查,確認無漏氣后,對底抽巷進行封閉。底抽巷抽放支管在己四軌道下山與300mm采區(qū)抽放主管路相連,由地面2號泵(額定流量250m3/min)進行抽放。
五、深孔松動爆破設計
在機巷掘進期間,還在迎頭實施了深孔松動爆破,以提高預抽效果。
(一)爆破孔參數(shù)。(1)孔徑的選擇。爆破孔徑越大,裝藥量越多,爆炸能量越大 根據(jù)現(xiàn)場機具 取D=42mm. 如圖三
圖三? 爆破孔
控制孔孔徑越大,對裂隙的形成和擴展越有利,受現(xiàn)場打鉆設備和工藝安全等因素的限制,一般在75mm~150mm之間。 控制孔孔徑一般取89mm。
(二)深孔松動爆破之前先進行排放鉆孔并效果檢驗。在迎頭先施工三個鉆孔,孔徑89mm,孔深10m,孔數(shù)8個,呈三排布置。
深孔爆破孔數(shù)3個,孔徑42mm,孔深8m,布置在排放鉆孔的中間位置(如圖四所示)。
圖四 巷道開孔位置
六、實驗結果
在施工完排放鉆孔后,如果直接開始掘進,實驗前后巷道在正常掘進期間的瓦斯涌出量來看(采用2×30KW風機通風),每個循環(huán)掘進過程中的瓦斯?jié)舛仍?.6-0.7%之間,如果掘進速度過快,則可能到0.8%以上,造成巷道內(nèi)斷電,直接影響巷道的掘進速度,巷道的正規(guī)循環(huán)率只能達到20%左右。在執(zhí)行深孔控制預裂爆破之后,正常掘進過程中的瓦斯?jié)舛纫恢狈€(wěn)定在0.5%以下,并且能夠有效的減少夾鉆和噴孔等突出預兆,工作面的正規(guī)循環(huán)率達到25%以上,保證了工作面的正常接替。
七、預抽鉆孔卸壓規(guī)律
在巷道開口位置掘進到到預抽巷施工鉆孔位置之前,巷道在掘進時,巷道在施工排放鉆孔時,響煤炮、噴孔、夾鉆現(xiàn)象時有發(fā)生,放炮掘進時,瓦斯?jié)舛纫恢痹?.7%左右。到預抽位置時,預抽巷內(nèi)第一鉆場內(nèi)所打鉆孔已經(jīng)進行3個月的預抽,巷道進入預抽范圍后,響煤炮、噴孔、夾鉆現(xiàn)象基本消失,沒有出現(xiàn)過效檢參數(shù)超標,放炮后瓦斯?jié)舛纫恢狈€(wěn)定在0.5%以下。
因此,控制機巷的抽放鉆孔施工和抽放超前于機巷掘進施工3個月左右(進尺200米以上),保證有一定的預抽期,可以達到相應的預抽效果。
八、研究效果分析及結論
(一)機巷掘進防突效果分析。底板巷預抽在機巷掘進過程中表現(xiàn)出來的效果非常明顯,在己15-16-24110機巷1050米煤巷長度內(nèi)杜絕了煤與瓦斯突出事故;己15-16-24110機巷平均月進度77米,與嚴重突出工作面平均月進度50米的水平提高了54%;在己15-16-24110機巷掘進期間,經(jīng)過預抽,工作面在掘進速度、瓦斯涌出量及突出危險性預測結果上與上一個階段的己15-16-24090機巷對比如下:
(二)卸壓抽放效果分析。在底抽巷預抽鉆孔控制范圍的機巷以及切眼下部,施工中均杜絕了煤與瓦斯突出,但在預抽范圍以外,切眼上半部施工中于2007年3月3日發(fā)生一起突出事故,事故的發(fā)生也從反面充分驗證了預抽巷防突治理效果。
(三)采面穿層抽放效果分析。(1)采面自機巷到以上120米(80架)范圍內(nèi),煤層堅固性系數(shù)明顯大于上部煤層,在采面執(zhí)行措施期間,鉆孔施工進度、異常出現(xiàn)頻率、效檢超標點分布等情況在此區(qū)段內(nèi)明顯與其他不同,夾鉆、噴孔、超標基本沒有出現(xiàn)。(2)采面回采初次來壓后,抽放濃度明顯增大,由10%以下,增大到40~60%,搭配其他抽放地點,保證了地面瓦斯發(fā)電三臺機組的正常運轉(zhuǎn)。
參考文獻:
[1] 聶政 淮北每天區(qū)域性防治煤與瓦斯防治對策(j),煤炭科學技術,2008(4)
[2] 王兆豐,劉軍 我國煤礦瓦斯抽放存在的問題及對策探討(j).煤炭安全2005(3)3
[3] 龍伍見;預抽煤層瓦斯防止突出的實踐及問題探討[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;1994年04期
[4] 陳銳;提高突出煤層預抽瓦斯效果的途徑[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;1990年05期
[5] 王培堂,任文善;預抽瓦斯對工作面瓦斯涌出量的影響分析[J];煤礦安全;1995年10期
[6] 杜子健;;成莊礦順層鉆孔預抽煤層瓦斯的合理鉆孔參數(shù)試驗[J];礦業(yè)安全與環(huán)保;2006年S1期
[7] 劉健;劉澤功;石必明;蔡峰;;突出煤層快速掘進深孔預裂爆破預抽瓦斯技術[J];煤炭科學技術;2008年08期endprint