超前預抽、邊掘邊抽在掘進中的應用

王世平

(汾西礦業(yè)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(xiàn)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(qū)3#、4#煤層均布置有軌道、皮帶、回風三條采區(qū)巷道貫穿整個采區(qū)。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(chǎn)。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(xiàn)了瓦斯涌出量急劇增大的問題。為解決掘進作業(yè)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?jié)舛热噪y降到1%以下。又因無法正常作業(yè)而停產(chǎn),直接影響了工程進度,嚴重影響2#回風井通風系統(tǒng)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(tǒng),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(tǒng),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(shù)的應用

依據(jù)當時該礦實測的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù),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(nèi)瓦斯和在巷道兩側(cè)設置鉆場對巷道周圍卸壓煤體內(nèi)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(nèi)均勻分布,同時注意對迎頭隅角的控制。

3)根據(jù)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(shù)

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(nèi)的煤層),深度20m,孔底間距2～3m。具體參數(shù)及示意圖如圖1、表1所示 (鉆孔角度和方位由技術(shù)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(shù)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(shù)

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

2.3.2 邊掘邊抽鉆孔設計參數(shù)

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(shù)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(shù)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(zhuǎn)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(shù)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(tài)發(fā)生變化時,應及時探明情況,再重新確定鉆孔的參數(shù)。

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(shù)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(shù)措施。

1)施工地點附近5m范圍內(nèi),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?jié)舛冗_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(fā)現(xiàn)異常時,及時斷電、撤人。

5)巷道內(nèi)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運行可靠,每班專職瓦斯檢查員緊跟迎頭,經(jīng)常檢查,及時提供瓦斯情況指導施工。

6)保證通風系統(tǒng)正常可靠,局扇實現(xiàn)“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(guī)定進行,且步調(diào)一致,人員不得正對鉆桿作業(yè)、嚴禁違章作業(yè)。

9)鉆進中,一旦發(fā)現(xiàn)有頂鉆現(xiàn)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(shù)要求施工。

11)必須配備經(jīng)專門培訓、打鉆技術(shù)較強、有預防和處理事故經(jīng)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(xiàn)噴孔、頂鉆等動力現(xiàn)象。

3)煤層賦存條件急劇變化的區(qū)域。4)工作面出現(xiàn)明顯的突出預兆。

3 結(jié)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(fā)生,生產(chǎn)時斷時續(xù),給礦井安全生產(chǎn)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(jīng)過一個月的技術(shù)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。