高瓦斯煤礦半煤層掘進(jìn)巷道底板穿層鉆孔 瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用

高瓦斯煤礦半煤層掘進(jìn)巷道底板穿層鉆孔

瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用

蔡心志

（川煤集團(tuán)廣旺公司唐家河煤礦）

摘要：高瓦斯煤礦半煤層掘進(jìn)巷道在掘進(jìn)過程中遇底板裂隙帶中瓦斯異常涌出，采用底板穿層鉆孔瓦斯抽采技術(shù)能夠有效的保障掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：高瓦斯煤礦  底板穿層鉆孔  瓦斯抽采

一、     概況

唐家河煤礦屬于高瓦斯礦井，當(dāng)半煤層掘進(jìn)工作面在掘進(jìn)過程中遇底板裂隙中瓦斯異常涌出時(shí)，隨著巷道向前不斷的掘進(jìn)，其回風(fēng)風(fēng)流中的甲烷濃度也在不斷的增大，為了確保掘進(jìn)工作面的安全生產(chǎn)正常，必須采用有效的措施降低巷道中甲烷濃度。在不影響掘進(jìn)工作面工程進(jìn)度的情況下，在底板裂隙帶瓦斯異常涌出段施工底板穿層鉆孔截留裂隙中的瓦斯，從而降低巷道中的甲烷濃度。這種瓦斯抽采技術(shù)在實(shí)踐生產(chǎn)過程中取得了很好的效果，避免了瓦斯超限事故的發(fā)生，為治理掘進(jìn)工作面瓦斯異常涌出開辟了一條新途徑。

唐家河煤礦1841風(fēng)巷掘進(jìn)工作面位于+150水平東翼，184采

西翼。地面標(biāo)高590～800m左右；煤層傾角24°～32°，平均28°該掘進(jìn)工作面采用炮掘，巷道斷面積S=B*H=3.2*2.6m²=8.32 m²。該掘進(jìn)工作面底板向下所經(jīng)巖層以粉砂巖及裂隙發(fā)育的石英砂巖為主。在1841風(fēng)巷掘進(jìn)730m至870m時(shí)，底板裂隙特別發(fā)育，底板裂隙中的瓦斯涌出異常，致使瓦斯超限事故時(shí)有發(fā)生。

二、  瓦斯治理措施

1、瓦斯來源

1841風(fēng)巷掘進(jìn)工作面在掘進(jìn)過程中瓦斯的主要來源來是8^#煤層底板裂隙瓦斯，另外還有少量的本煤層瓦斯。

風(fēng)巷底板裂隙瓦斯情況：由于8^#煤層底板以粉砂巖及裂隙發(fā)育的石英砂巖為主，部分地段裂隙特別發(fā)育，正常情況下裂隙內(nèi)的水對(duì)裂隙內(nèi)的瓦斯起到了封閉作用，在150水平的1841機(jī)巷掘進(jìn)至670m時(shí)，裂隙水釋放后導(dǎo)致這一平衡被打破，被封閉在裂隙內(nèi)的瓦斯會(huì)順裂隙上部溢出。在1841風(fēng)巷掘進(jìn)730m至870m時(shí)，底板裂隙特別發(fā)育，底板裂隙中的瓦斯涌出異常，巷道回風(fēng)風(fēng)流中的甲烷濃度達(dá)1.2%左右，為了避免瓦斯超限事故的發(fā)生，采用在風(fēng)巷施工下行底板穿層鉆孔截流抽采瓦斯。

本煤層瓦斯情況：1841風(fēng)巷掘進(jìn)工作面8^#煤層在掘進(jìn)過程工作面磧頭甲烷濃度0.14%左右，回風(fēng)甲烷濃度0.26%左右，本煤層瓦斯含量4.598m³/t，瓦斯最大壓力0.28Mpa,可以直接采用風(fēng)排的方法治理本煤層瓦斯。

2、底板裂隙帶的瓦斯治理措施

為了不影響工程進(jìn)度及節(jié)約成本的條件下，采用在風(fēng)巷底板裂隙段施工下行底板穿層鉆孔截流抽采瓦斯，以便降低掘進(jìn)工作面的風(fēng)排瓦斯量，提高礦井瓦斯抽采量。

（1）瓦斯抽采泵 

唐家河煤礦在地面建有永久瓦斯抽放站，礦井構(gòu)建有完善的瓦斯抽采系統(tǒng)，使用2臺(tái)2BE3-40水環(huán)式瓦斯抽放泵（一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用），單臺(tái)泵的抽采能力為100 m³/min。安裝瓦斯抽采主管6400余米，均按規(guī)定安裝有放水箱、除渣裝置和瓦斯流量計(jì)量監(jiān)控裝置，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，能滿足礦井瓦斯抽采的需要。

（2）施工設(shè)備的選型

鉆機(jī)：根據(jù)1841風(fēng)巷巖層的實(shí)際情況，應(yīng)選用體積小，重量輕，易撤卸，便于搬遷，可打任意角度的鉆機(jī)，經(jīng)比選后決定使用西安研究院生產(chǎn)的ZDY-3200S型鉆機(jī)。

封孔泵：選用體積小，輸送壓力大，不易堵塞，輕便靈活的封孔泵，經(jīng)比較選用重慶煤科院生產(chǎn)的DFZ-15/5型礦用注漿封孔泵。

鉆桿：根據(jù)1841風(fēng)巷底板巖石的硬度系數(shù)和它綜合情況，選用￠73mm×1000mm鉆桿。

封孔管：根據(jù)封孔所需的注漿量及壓力情況，封孔管采用￠50mm的無縫鋼管。

（4）鉆孔布置

1841風(fēng)巷底板穿層鉆孔開孔位置均布置在巷道上幫底板上，1^#鉆孔開孔位置布置在距離掘進(jìn)工作面巷道口以西870m位置，1^#、2^#、3^#及4^#鉆孔距間距為40m，鉆孔長(zhǎng)度45m，共計(jì)4個(gè)鉆孔；鉆孔施工順序從西向東。鉆孔其他技術(shù)參數(shù)見下表。

（5）鉆孔直徑

鉆孔直徑大，暴露巖壁裂隙面積也大，瓦斯涌出量就大。但鉆孔的直徑應(yīng)根據(jù)打鉆技術(shù)、抽采瓦斯量和抽采半徑等因素綜合考慮。根據(jù)1841風(fēng)巷底板巖石硬度系數(shù)和其他綜合因素，設(shè)計(jì)鉆孔直徑為110mm，鉆頭采用￠110mm的沖擊鉆頭。

（6）鉆孔封孔

為避免已打鉆孔中的瓦斯涌出造成巷道內(nèi)瓦斯超限，在每次施工完成1個(gè)鉆孔后，應(yīng)立即封孔。封孔前首先用壓風(fēng)把鉆孔內(nèi)的殘存巖粉清洗干凈，每一鉆孔的抽放管采用φ50mm的鋼管，長(zhǎng)度不得小于4m,先采用YFS型聚氨酯封孔劑封堵好鉆孔內(nèi)3m處的位置，然后人工注入7：12（水泥 ：水）的水泥漿,封孔長(zhǎng)度不得小于3m,外露至巷道底板平面的長(zhǎng)度不得大于0.3m。必須嚴(yán)密不漏氣。每次封孔24h后必須將已封的鉆孔連管進(jìn)行抽放，實(shí)現(xiàn)“邊打邊封，邊封邊抽”提前抽采，提高底板裂隙瓦斯的抽采時(shí)間。

（7）鉆孔管路及鉆孔與管路的連接

根據(jù)現(xiàn)1841風(fēng)巷底板裂隙瓦斯預(yù)算儲(chǔ)量和抽放量大小，其管徑按下式計(jì)算：

D=0.1457(Q_混/V)^1/2

D----瓦斯管內(nèi)徑，m;

V----管道中混合瓦斯經(jīng)濟(jì)流速，m/s，一般取10~15 m/s；

Q_混----管道中混合瓦斯流量m³/min，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混合瓦斯量5m³/min。

按照大管徑流速取大值，小管徑流速取小值，管路系統(tǒng)長(zhǎng)流速取小值，管路系統(tǒng)短流速取大值的原則選擇經(jīng)濟(jì)流速， 1841風(fēng)巷抽采瓦斯管徑計(jì)算結(jié)果如下：

抽放瓦斯管徑計(jì)算結(jié)果如下：

D=0.1457×(5.0/15)^1/2=0.0841

根據(jù)計(jì)算結(jié)果和1841風(fēng)巷底板裂隙瓦斯的賦存規(guī)律情況，1841風(fēng)巷的抽放支管選用￠100㎜ 的無縫鋼管。

在184采區(qū)回風(fēng)石門的￠100mm PE瓦斯抽放管上連接鋪設(shè)一趟￠100㎜ 的無縫鋼管到1841風(fēng)巷上幫。管道的鋪設(shè)必須平直，并在開采推進(jìn)過程中進(jìn)行預(yù)埋，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯抽采鉆孔位置，在相對(duì)應(yīng)的位置上安設(shè)四變二寸的三通，在每個(gè)三通的位置上安設(shè)一根￠50mm 的鋼管連接支管，每根支管和相應(yīng)的鉆孔連接，連接使用的接頭采用￠64×78mm的PVC透明鋼絲彈簧軟膠管連接。

抽采過程中，煤(巖)層中含有的水分會(huì)伴隨瓦斯被抽出，容易在有起伏的低洼處聚集，影響抽放效果。因此在1841風(fēng)巷巷道開口處的抽放管路上及其管路中有起伏的低洼處必須安裝放水器和除渣裝置。在184采區(qū)回風(fēng)石門內(nèi)的￠100mm抽采支管上必須安裝瓦斯監(jiān)測(cè)計(jì)量裝置（GD3瓦斯抽放多參數(shù)計(jì)量裝置）和測(cè)壓嘴（孔）（人工檢測(cè)裝置），對(duì)抽放的濃度、壓力、流量等進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)量。測(cè)壓嘴（孔）不應(yīng)過大過長(zhǎng)，不得大于15mm，直徑為4～10mm。用一頭捆扎的細(xì)膠管套緊，確保與管外空氣隔絕。

三、治理瓦斯的效果

（1）1841風(fēng)巷掘進(jìn)工作面采用底板穿層鉆孔實(shí)行瓦斯抽采后，巷道回風(fēng)風(fēng)流中的甲烷濃度由1.2%降到0.2%左右，巷道甲烷濃度明顯降低，防止瓦斯超限，杜絕通風(fēng)瓦斯事故的發(fā)生。

（2）1841風(fēng)巷掘進(jìn)工作面采用底板穿層鉆孔抽采技術(shù)后，不僅提高該工作面生產(chǎn)效率，而且還大大提高了礦井瓦斯抽采量，為企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。