超前排放孔在局部高瓦斯掘進(jìn)工作面的應(yīng)用

崔鴻偉，李春峰，田紀(jì)云

（河南省鄭宏恒泰（新密）煤業(yè)有限公司， 河南 新密市 452370）

0 引 言

隨著開(kāi)采深度的加大，瓦斯災(zāi)害也隨之嚴(yán)重，現(xiàn)已成為制約煤礦高效高采的主要問(wèn)題。瓦斯排放半徑相交并實(shí)施連管抽采，對(duì)治理礦井瓦斯具有重要意義。大量的研究結(jié)果表明：煤體內(nèi)應(yīng)力及時(shí)轉(zhuǎn)移、煤中瓦斯及時(shí)排放和增強(qiáng)煤體強(qiáng)度都能有效預(yù)防瓦斯災(zāi)害的出現(xiàn)。因此，采用預(yù)抽采瓦斯方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)觀念上的通過(guò)通風(fēng)解決瓦斯問(wèn)題是一個(gè)技術(shù)、觀念以及管理方面的很大轉(zhuǎn)變。

某礦核定生產(chǎn)能力0．6Mt／a，實(shí)際生產(chǎn)能力0．43Mt／a。開(kāi)拓方式為斜井單水平上下山開(kāi)拓，中央邊界抽出式通風(fēng)方式。2011年礦井測(cè)定相對(duì)瓦斯含量3．40m3／t，絕對(duì)瓦斯含量1．98m3／min。自2012年掘進(jìn)13200工作面以來(lái)，掘進(jìn)頭時(shí)常出現(xiàn)煤炮、瓦斯超限等現(xiàn)象，為保證絕對(duì)的生產(chǎn)安全、提高掘進(jìn)能力，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定超前排放鉆孔排放半徑，實(shí)施超前排放鉆孔連管抽放瓦斯，對(duì)掘進(jìn)頭瓦斯進(jìn)行連管抽放，達(dá)到降低瓦斯含量、消除災(zāi)害現(xiàn)象的目的。

1 工作面概況

該礦綜掘隊(duì)施工13200進(jìn)風(fēng)巷，為低瓦斯工作面，煤層厚度平均6．17m，傾角8°～16°，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度350m，巷道為矩形斷面，高度2．8m，寬度4．3m。自2012年，掘進(jìn)頭時(shí)常出現(xiàn)煤炮、瓦斯超限，打鉆過(guò)程中出現(xiàn)卡鉆、頂鉆等現(xiàn)象，受這些因素制約，掘進(jìn)速度較慢，效率低。

瓦斯來(lái)源，一是來(lái)自本煤層深部瓦斯；二是鄰近工作面回采后采空區(qū)瓦斯。

2 掘進(jìn)工作面治理瓦斯技術(shù)

2．1 超前排放鉆孔排放半徑確定

根據(jù)本礦實(shí)際情況，現(xiàn)只確定Φ75mm排放鉆孔排放半徑。現(xiàn)場(chǎng)采用2種確定排放鉆孔排放半徑的方法。

2．1．1 鉆孔瓦斯流量法

預(yù)在煤巷掘進(jìn)迎頭布置5個(gè)相互平行的鉆孔，4個(gè)測(cè)量鉆孔（編號(hào)2#、3#、4#、5#），1個(gè)超前排放鉆孔（1#，直徑為75mm），各鉆孔布置如圖1所示。具體步驟如下：

（1）首先在煤巷掘進(jìn)迎頭布置4個(gè)相互平行的測(cè)量鉆孔（2#、3#、4#、5#），孔徑42mm（也可以打Φ75mm），孔深10～15m，間距如圖1所示；

圖1 鉆孔流量法測(cè)定排放半徑示意

（2）每一個(gè)要測(cè)量瓦斯變化的鉆孔，打完立即進(jìn)行封孔，封孔時(shí)保證抽放室長(zhǎng)度不小于l．5m，封孔長(zhǎng)度一般不小于3m；

（3）鉆孔密封之后，測(cè)量鉆孔瓦斯涌出量，并每隔2min測(cè)定1組數(shù)據(jù)，每組測(cè)孔次數(shù)不低于5次；

（4）按計(jì)劃位置，平行于測(cè)量孔打1個(gè)超前排放鉆孔（1#），在施工超前排放鉆孔的過(guò)程中，記錄鉆孔的長(zhǎng)度、時(shí)間和各測(cè)量鉆孔中的瓦斯涌出量變化情況；

（5）繪制出各測(cè)量孔的瓦斯涌出量變化圖；

（6）如果連續(xù)3次測(cè)定測(cè)量孔的瓦斯涌出量都比打超前排放鉆孔之前大10%，表明該測(cè)量孔處于超前排放鉆孔的排放半徑之內(nèi)；

（7）最后比較數(shù)據(jù)，得出臨界半徑。

2．1．2 鉆屑指標(biāo)法

預(yù)在煤巷掘進(jìn)迎頭布置3個(gè)鉆孔，其中2個(gè)鉆孔重合，鉆孔布置見(jiàn)圖2。具體步驟如下：

（1）在掘進(jìn)工作面迎頭先打1個(gè)預(yù)測(cè)孔（1#），孔徑45mm，孔深10～15m，及時(shí)測(cè)量每米鉆屑量或鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)；

（2）測(cè)量結(jié)束后，將鉆孔直徑擴(kuò)大至75mm（3#），進(jìn)行擴(kuò)孔排放，及時(shí)測(cè)量各項(xiàng)指標(biāo)；

（3）根據(jù)實(shí)際情況，鉆孔排放一定的時(shí)間，當(dāng)排放時(shí)間結(jié)束后，在迎頭再打1個(gè)鉆孔（2#孔），該孔與3#孔相距大于0．6m，并成一定角度，保證2#孔隨著深度的增加與3#孔距離減小，測(cè)定每米的鉆屑量或鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)；

（4）將2#孔和3#孔同一深度所測(cè)的數(shù)據(jù)做詳細(xì)分析，并記錄兩點(diǎn)間距。當(dāng)2#孔在N米處所測(cè)定的指標(biāo)均小于1#孔同一深度的指標(biāo)時(shí)，確定N米所對(duì)應(yīng)的兩鉆孔間距，此鉆孔距離即為超前鉆孔的排放半徑。

圖2 鉆屑指標(biāo)法測(cè)定排放半徑示意

2．1．3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，利用鉆孔瓦斯流量法測(cè)定抽放半徑，測(cè)量孔的瓦斯涌出量變化見(jiàn)圖3。由圖3可知，4#孔和5#孔瓦斯整體呈減少趨勢(shì)，而2#孔和3#孔在觀測(cè)100min左右呈上升趨勢(shì)，且增加趨勢(shì)大于起初的10%，故2#孔和3#孔均在排放瓦斯范圍內(nèi)，可知瓦斯排放半徑為0．4m。根據(jù)鉆屑指標(biāo)法原理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，該煤層直徑為75mm的排放鉆孔的排放半徑為0．45m。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，排放半徑取0．40m。

圖3 各測(cè)量鉆孔瓦斯流量變化趨勢(shì)

綜合2種方法，確定本煤層瓦斯排放半徑為0．4m。

2．2 超前排放鉆孔連管抽放技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的排放半徑、巷道寬度及高度，確定鉆孔個(gè)數(shù)和鉆孔間距，具體步驟如下：

（1）鉆孔總深15m，布置18個(gè)，具體角度、位置見(jiàn)圖4；

圖4 超前排放鉆孔布置

（2）利用自動(dòng)變徑鉆頭，內(nèi)段打孔徑94mm，外段孔徑75mm（便于后期封孔），運(yùn)用瓦斯抽放水壓式封孔器進(jìn)行封孔；

（3）里端鉆孔利用自動(dòng)變徑鉆頭，可根據(jù)情況擴(kuò)大孔徑（擴(kuò)徑范圍75～120mm），大量資料證明，增大鉆孔直徑可以明顯提高煤層泄壓和抽放瓦斯效果；

（4）鉆孔打好后，穿入2根抽放管和1根打孔的集氣管，利用瓦斯抽放水壓式封孔器封孔后，連接封孔器末端出氣管與瓦斯抽放管路主管末端的集氣裝置的18個(gè)支閥門連接；

（5）若煤層透氣性不好，后期可以調(diào)整交叉孔布置抽放瓦斯，交叉鉆孔布置可避免個(gè)別抽放鉆孔被堵、排放半徑又不能交叉造成的瓦斯抽放效果不好現(xiàn)象；

（6）施工完超前鉆孔且聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽瓦斯排放10h后，才能進(jìn)行效果檢驗(yàn)。

3 結(jié) 論

掘進(jìn)工作面采用超前排放鉆孔連管抽放技術(shù)后，各排放半徑相互交叉，避免個(gè)別鉆孔被堵塞影響瓦斯排放效果。實(shí)施該措施后，近兩個(gè)月沒(méi)有出現(xiàn)煤炮、瓦斯超限等災(zāi)害現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、快速掘進(jìn)，月推進(jìn)度增加了140m，有效緩解了采掘緊張的局面，回采面提前交付回采。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析及實(shí)施效果來(lái)看，科學(xué)合理布置超前排放鉆孔位置、實(shí)施連管抽放技術(shù)，是治理局部高瓦斯煤巷掘進(jìn)的有效方法之一。該技術(shù)對(duì)工作面安全條件的改善、加快掘進(jìn)速度、緩解接替關(guān)系都具有重要意義。

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