礦井鉆孔瓦斯安全抽采技術(shù)研究

李偉東 李小龍 李文海

(河南理工大學(xué) 河南 焦作 454000)

礦井鉆孔瓦斯安全抽采技術(shù)研究

李偉東 李小龍 李文海

(河南理工大學(xué) 河南 焦作 454000)

礦井煤層瓦斯，嚴(yán)重影響工作面的正常開采和工作面的連續(xù)推進(jìn)，因此，有必要采取措施降低工作面的瓦斯含量。本文通過在井下巷道內(nèi)打鉆孔抽采煤層瓦斯技術(shù)，降低煤層瓦斯含量。通過對(duì)鉆孔及鉆孔布置、封孔方法等工藝技術(shù)進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到鉆孔最優(yōu)的抽采效果。本文研究的順層交叉鉆孔布置方式抽采瓦斯，是有效解決采煤工作面瓦斯超限問題的一項(xiàng)重要措施。

鉆孔；抽采；瓦斯；封孔方法

一、煤礦地質(zhì)及瓦斯概況

(一)地質(zhì)概況。礦井位于山西省長治市襄垣縣西南15km處的夏店鎮(zhèn)邢村-九龍村一帶，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)：112°52′10″～112°54′32″，北緯：36°29′03″～36°31′16″。山西大平煤業(yè)有限公司井田位于沁水復(fù)式向斜東緣，太行山復(fù)式背斜的西翼部分。整個(gè)礦區(qū)的區(qū)域地層總體走傾向北西，向北東。傾角一般小于10°，山西大平煤業(yè)有限公司石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組是整個(gè)礦區(qū)的含煤地層。含煤地層總厚134.99m，共含煤13～15層，煤層總厚11.99m，含煤系數(shù)8.9%。可采煤層3層，總厚9.53m，含煤系數(shù)7.1%。

(二)瓦斯概況。該礦井按《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定于每年8月份進(jìn)行礦井瓦斯等級(jí)鑒定工作，2008～2010年的瓦斯鑒定結(jié)果：礦井絕對(duì)瓦斯涌出量2.46～8.66m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量2.45～3.49m3/t。

二、鉆孔抽采

(一)抽采方法。由于山西大平煤業(yè)有限公司瓦斯涌出來源廣，包括本煤層回采和掘進(jìn)涌出、采空區(qū)涌出、鄰近層涌出。

根據(jù)礦井的瓦斯賦存狀況、礦井開拓及抽采瓦斯的目的，結(jié)合抽采瓦斯方法的選擇原則，確定山西大平煤業(yè)井田抽采瓦斯方法為以本煤層瓦斯抽采為主、采空區(qū)抽采(裂隙帶抽采)為輔，預(yù)抽與邊掘邊抽相結(jié)合的綜合瓦斯抽采方法[3]。

(二)鉆孔及鉆場布置

1.掘進(jìn)工作面瓦斯抽采設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)對(duì)掘進(jìn)工作面采用提前預(yù)抽的抽放方法，可以有效降低掘進(jìn)工作面地點(diǎn)瓦斯含量，以此減少掘進(jìn)過程中瓦斯涌出量。鉆孔布置終孔地點(diǎn)分別控制在兩邊巷道30m處[2]，為了減少巷道瓦斯涌出量，來阻斷巷道兩端卸壓帶瓦斯向巷道的涌出。

鉆場布置參數(shù)如下:(1)鉆場間距：根據(jù)鉆孔深度確定鉆場間距，保證10～15m的超前抽采距離，兩幫鉆場交錯(cuò)式布置。(2)鉆場尺寸：鉆場尺寸寬×高×深=5m×3m×4m。(3)鉆場支護(hù)：采用錨網(wǎng)支護(hù)，頂部用木板背緊背實(shí)，嚴(yán)防頂煤跨落。(4)鉆場施工：鉆場由煤層掘進(jìn)巷道沿底板布置，鉆場掘好后，加強(qiáng)通風(fēng)管理，嚴(yán)防瓦斯積聚。

鉆孔布置參數(shù)如下:①鉆孔直徑：鉆孔直徑90mm。②鉆孔個(gè)數(shù)及鉆孔開口處間距：每個(gè)鉆場布置6個(gè)鉆孔，鉆孔開口處間距為1m，最靠近巷道壁的鉆孔離巷道壁距離為1m，控制巷道輪廓線外15m。離巷道壁2m的鉆孔控制巷道輪廓線外20m。離巷道壁3m的鉆孔控制巷道輪廓線外30m。

2.回采工作面瓦斯抽采設(shè)計(jì)。根據(jù)煤礦井田的瓦斯來源、賦存情況、瓦斯在煤層中的含量等瓦斯在抽采過程的基礎(chǔ)參數(shù)以及工作面布置情況，綜合考慮采用本煤層順層交叉鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的方式來滿足回采工作面正常開采。

(1)鉆孔的布置形式：采用順層交叉布孔方式，預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔沿煤層均勻布置在回采工作面的回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷，鉆孔方向均于煤壁有70°夾角且平行于煤層頂板迎著工作面方向布置，控制整個(gè)工作面回采區(qū)域，如圖1所示。

圖1 采煤工作面順層鉆孔布置示意圖

(2)鉆孔布置參數(shù)：鉆孔自距離工作面切眼15m起，沿回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷每2m布置一個(gè)鉆孔，鉆孔孔口抽采負(fù)壓不小于13kpa，直至工作面停采線為止。

(3)鉆孔參數(shù)：設(shè)計(jì)鉆孔直徑90mm，鉆孔深度120～150m。

(1)加強(qiáng)回采過程中鉆孔抽采參數(shù)測(cè)試：既能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)處理，同時(shí)也為掌握抽采規(guī)律積累資料。

(2)當(dāng)多個(gè)鉆孔同時(shí)抽采的時(shí)候，便會(huì)同時(shí)出現(xiàn)低瓦斯高瓦斯二者匯合將變成低瓦斯。所以加強(qiáng)開關(guān)的管理是重要的，只有開關(guān)時(shí)間和位置合理才能保證抽采瓦斯的高濃度和高流量。

3.采空區(qū)瓦斯抽采設(shè)計(jì)。對(duì)于現(xiàn)生產(chǎn)工作面的采空區(qū)(半封閉采空區(qū))，采用鉆孔法抽采采空區(qū)裂隙帶瓦斯，在回風(fēng)巷中布置鉆場(間距50m)，施工向上鉆孔至工作面的采空區(qū)上部的裂隙帶，由此對(duì)工作面采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。

(三)封孔辦法

1.封孔所用材料。鉆孔封孔設(shè)計(jì)應(yīng)滿足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造價(jià)低的要求。

封孔方法的選擇應(yīng)根據(jù)抽采方法及孔口所處煤(巖)層位、巖性、構(gòu)造等因素綜合確定，因地制宜地選用新方法、新工藝，并應(yīng)符合下列要求：(1)巖壁鉆孔；宜采用封孔器封孔。(2)煤壁鉆孔，宜采用充填材料進(jìn)行壓風(fēng)封孔。封孔材料應(yīng)根據(jù)具體條件優(yōu)先選用膨脹水泥、聚氨脂等新型材料。在鉆孔所處圍巖條件較好的情況下，可選用水泥砂漿或其它封孔材料[4]。

2.封孔合適長度。確定封孔的合適長度應(yīng)該依據(jù)裂隙發(fā)育大致的程度、鉆孔的孔口段煤(巖)基本性質(zhì)、和孔口處負(fù)壓等因素等，要應(yīng)符合下列具體的要求：(1)用材料聚氨酯來進(jìn)行封孔；(2)井下的鉆孔，封孔的最佳的長度應(yīng)該可取5～8 m；(3)不用情況下封孔長度不同，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件簡單、孔周圍負(fù)壓小、圍巖情況好點(diǎn)的時(shí)候，封孔的最佳長度可取2～3 m；(4)當(dāng)鉆孔周圍圍巖條件復(fù)雜，地質(zhì)條件構(gòu)造多，或者孔口的負(fù)壓很高的情況，封孔的最佳長度應(yīng)該取4～6 m；(5)用不同的材料來進(jìn)行封孔的時(shí)候，封孔深度和封孔段長度不變；

三、結(jié)論

主要成果總結(jié)如下：(1)利用本文設(shè)計(jì)的順層交叉鉆孔布置方式抽采瓦斯，是有效解決采煤工作面瓦斯超限問題的一項(xiàng)重要措施。(2)針對(duì)瓦斯涌出量較大，影響掘進(jìn)工作面的掘進(jìn)速度和安全生產(chǎn)問題。利用邊掘邊抽瓦斯抽采方法，可以有效的降低瓦斯涌出量、提高掘進(jìn)速度，從而在保證安全的前提下，提高產(chǎn)量。(3)在逐步完善瓦斯抽采系統(tǒng)的前提下，抽采率也隨之增高，可以綜合利用瓦斯，相關(guān)的設(shè)施也應(yīng)隨之建立并完善，讓瓦斯這個(gè)危害煤礦安全的殺手得到較好的利用。

[1]國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[2]林柏泉，張建國.礦井瓦斯抽采理論與技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

[3]王小朋,喬偉,姜騫,簡瑞. 低透氣性厚煤層瓦斯雙抽采系統(tǒng)優(yōu)化研究[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù),2013,(2):45-48.

[4]康秀紅，牛雅莉. 預(yù)抽瓦斯防治煤與瓦斯突出的應(yīng)用實(shí)例[J]. 河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，20(3)：25-28.

李偉東(1993-)，男，漢族，河南省中牟縣，本科，河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院安全工業(yè)專業(yè);李小龍(1993-)，男，漢族，河南省項(xiàng)城市，本科，河南理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院礦物加工工程專業(yè);李文海(1993-)，男，漢族，河南省西華縣，本科，河南理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院礦物加工工程專業(yè)。