邊抽邊掘技術在黃沙礦2123工作面的應用分析

喬九衛

(冀中能源峰峰集團黃沙礦,河北省邯鄲市,056200)

邊抽邊掘技術在黃沙礦2123工作面的應用分析

喬九衛

(冀中能源峰峰集團黃沙礦,河北省邯鄲市,056200)

闡述了黃沙礦2123工作面在掘進期間采用本煤層打超前鉆孔邊抽邊掘的抽采方式來解決瓦斯問題,通過實例分析,說明了邊抽邊掘技術對2123工作面的高效安全生產起到了決定性的作用,同時也產生了良好的經濟、社會效益。

邊抽邊掘技術 鉆場 瓦斯抽采 掘進工作面

1 概述

黃沙礦目前只開采2#煤層,瓦斯只存在于本煤層中,頂底板巖層主要為粉砂巖、砂質泥巖和砂巖,只含有微量瓦斯(巖巷掘進瓦斯涌出量不到0.2 m3/min)。鄰近的1#和3#煤層與2#煤層間距分別為24.37 m和35.34 m,為低瓦斯煤層。

2007年中國礦業大學(北京)對黃沙礦2#煤層瓦斯基本參數進行了測定,2123工作面位于測定參數1#鉆孔正下方170 m處,根據黃沙礦煤層瓦斯賦存情況,2123工作面瓦斯基本參數與1#鉆孔相近,所以瓦斯賦存基本參數為:煤層瓦斯含量在4.11～5.36 m3/t;瓦斯壓力0.4 MPa;瓦斯流量衰減系數α為0.0223 d-1;煤層透氣性系數λ為13.6 m2/MPa2·d。由此可知黃沙礦2#煤層屬于高透氣性容易抽采煤層。

因此黃沙礦采用在2123工作面掘進期間在本煤層打超前鉆孔邊抽邊掘的抽采方式來解決瓦斯問題。

在本煤層打超前鉆孔邊抽邊掘的抽采工藝,即在采動影響下,由于圍巖應力的重新分布,形成卸壓區和應力集中區。卸壓區內煤層膨脹變形,透氣系數大大增加,通過在巷道兩幫施工鉆場,在鉆場內和掘進工作面沿工作面走向方向施工長鉆孔,一方面可預抽巷道前方煤體瓦斯,一方面用鉆孔隔離和抽采已掘進巷道周圍卸壓煤體內瓦斯,減少煤體向巷道空間涌出瓦斯,從而有效地降低掘進工作面回風瓦斯含量,提高工作面掘進進尺的目的。

2 鉆場及鉆孔布置

巷道掘進每40 m為1個循環,在巷道兩幫每隔40 m布置1個鉆場,兩幫鉆場交替布置,保證跟頭抽采鉆場與掘進工作面前頭不超過5m,鉆場規格為4.5 m×4 m×2.2 m(長×寬×高)。每個鉆場施工6個鉆孔,鉆孔間距為400 mm,孔徑75 mm,分上、下兩層布置。掘進工作面施工4個鉆孔進行瓦斯超前釋放?？紤]到鉆孔成孔工藝的差異,每掘進循環鉆孔交叉10 m,因此鉆孔深度確定為50 m。鉆孔施工完畢,根據黃沙礦的實際情況,采用BFK-10/1.2型礦用封孔泵進行封孔,封孔深度不少于5 m。封孔要求必須嚴密,不出現空隙、漏氣現象。鉆場施工完畢,對抽采鉆場口進行密閉。鉆場鉆孔通過支管接到永久抽采系統。每天24 h不間斷抽采,使煤體中的瓦斯得到有效釋放,從而有效地降低工作面的瓦斯含量。根據礦山壓力規律及新掘巷道煤幫深處瓦斯賦存情況(見圖1),鉆孔控制巷道輪廓線外不小于8 m,鉆孔終孔位置全部落在巷道輪廓線10 m的范圍內。

圖1 新掘巷道煤幫深處瓦斯涌出情況

由于瓦斯抽采效果和鉆孔直徑的大小有直接的關系,因此采取較大的鉆孔直徑,鉆孔直徑不低于?75 mm。根據《瓦斯抽采管理規范》的要求,卸壓煤層瓦斯鉆孔孔口負壓應大于6.7 kPa。抽采負壓確定為7 kPa。鉆場和鉆孔布置見圖2。

圖2 鉆場和鉆孔布置圖

3 抽采管路的連接及抽采系統的監測、監控

3.1 抽采管路的連接

鉆場瓦斯管可用高壓橡膠軟管通過抽采多通連接,然后鉆場瓦斯管與巷道中的分區瓦斯抽采支管連接,高壓橡膠軟管的尺寸可根據封孔套管的直徑選擇,高壓橡膠不能拐120°以下的急彎。每個鉆場抽采瓦斯管為一組,每組用三通與主管路相連接;三通再與匯總管用高壓橡膠軟管連接,每一匯總管接6個抽采鉆孔,抽采瓦斯管與匯總管用高壓橡膠軟管連接,每個抽采孔接一個閥門,每一個鉆場接一個流量計及放水器,流量計及放水器接到匯總管與6寸管之間。鉆場抽采管與瓦斯管路連接圖見圖3。

圖3 鉆場抽采管與瓦斯管路連接示意圖

3.2 抽采系統的監測、監控

為了有效地掌握瓦斯抽采鉆孔的瓦斯濃度、流量等技術參數,必須及時配備瓦斯抽采管道參數測定儀、板孔流量計、配合瓦斯抽采監測、監控系統,實現瓦斯抽采系統的合理、科學及有效管理,確保安全生產。

4 效果分析

以2123刮板輸送機道施工完的十三個鉆場瓦斯抽采情況為例進行分析。

工作面已掘進640 m,兩套BDF2×15kW局部通風機供風700 m3/min,回風瓦斯濃度0.7%,風排瓦斯4.9 m3/min,各鉆場瓦斯抽采情況如表1所示。

由表1知:單頭風排瓦斯4.9m3/min,瓦斯抽采量1.37m3/min,瓦斯抽采率22%。如果不進行瓦斯抽采,則風排瓦斯量在6.27m3/min,回風濃度也達到0.90%。由于鉆場鉆孔攔截了部分巷道周邊煤體涌入巷道的瓦斯,大大降低了風流中的瓦斯濃度,杜絕了瓦斯超限現象。在未實施邊抽邊掘技術時,發生瓦斯超限多次,平均瓦斯報警9.5次/周,回風濃度也達到0.90%。在采取邊抽邊掘措施后,沒有發生一次瓦斯超限事故,瓦斯濃度最高不超過0.85%,正常情況下為0.7%。

表1 2007年11月16日測各鉆孔數據

新掘鉆孔位于工作面新掘巷道30 m范圍以內,煤幫因爆破松動而產生更多裂隙,積聚了大量煤體吸附瓦斯,產生了一個瓦斯富積區,此時的鉆孔瓦斯抽出量很大,隨著時間的推移,鉆孔瓦斯抽出量逐漸衰減,掘進150 m以后,即時間經過1個多月后鉆孔的瓦斯抽采量已經很少,巷幫釋放瓦斯量進入穩定期,此時可關閉后路鉆場停止抽采,用以提高前頭鉆場的抽采負壓。

通過施工長鉆孔,基本能探明工作面前方的地質變化情況,為提前應付地質變化給生產帶來的不便贏得了時間。

在沒有執行邊抽邊掘措施前,平均月進尺105 m,采取深孔抽采措施后,平均月進尺128 m。掘進進尺穩定在120～135 m/月,最高達到148 m/月,掘進速度平均提高了22%。工作面貫通工期比原計劃提前了近3個月,消除了采面接替緊張的局面,經濟效益比較明顯。

5 結語

煤巷“邊抽邊掘”技術的實踐與應用,在黃沙礦尚屬首次。該課題通過對-500 m高瓦斯地區2123輕放工作面上、下兩巷掘進抽采的應用,獲得了大量的現場資料及經驗,初步掌握了在卸壓區內進行瓦斯抽采的規律,優選了經濟合理、技術上可行的巷道掘進和瓦斯抽采,減緩通風壓力的方法,使我們初步掌握了在現有通風條件無法合理解決工作面通風問題的情況下,利用卸壓區進行邊抽邊掘,控制瓦斯涌出的方法,探索總結出一套行之有效的防護措施,為高瓦斯地區煤巷掘進在瓦斯防治方面提供了寶貴經驗,探索出一條有效途徑,對最終實現高瓦斯地區煤巷安全、高效掘進具有指導意義。

An analysis of the application of the technology of gas extraction while heading in#2123 coal face of Huangsha Coal Mine

Qiao Jiuwei

(Huangsha Coal Mine,Jizhong Energy Fengfeng Group,Handan,Hebei province 056200,China)

This paper discusses the application of advanced drilling of boreholes in coal seams in mining for gas extraction during gate road heading process in a hope to eliminate the danger of mine gas.Analysis of actual cases indicates that gas extraction parallel to gate road heading plays a decisive role in the highly efficient and safe production from the#2123 coal face and at the same time the application of this technology achieves very good economic and social benefits.

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TD712.6

B

喬九衛(1972-),男,畢業于山西礦業學院,工程師,現任冀中能源峰峰集團黃沙礦副總工程師。

(責任編輯 張艷華)