边抽边掘技术在黄沙矿2123工作面的应用分析

乔九卫

(冀中能源峰峰集团黄沙矿,河北省邯郸市,056200)

边抽边掘技术在黄沙矿2123工作面的应用分析

乔九卫

(冀中能源峰峰集团黄沙矿,河北省邯郸市,056200)

阐述了黄沙矿2123工作面在掘进期间采用本煤层打超前钻孔边抽边掘的抽采方式来解决瓦斯问题,通过实例分析,说明了边抽边掘技术对2123工作面的高效安全生产起到了决定性的作用,同时也产生了良好的经济、社会效益。

边抽边掘技术 钻场 瓦斯抽采 掘进工作面

1 概述

黄沙矿目前只开采2#煤层,瓦斯只存在于本煤层中,顶底板岩层主要为粉砂岩、砂质泥岩和砂岩,只含有微量瓦斯(岩巷掘进瓦斯涌出量不到0.2 m3/min)。邻近的1#和3#煤层与2#煤层间距分别为24.37 m和35.34 m,为低瓦斯煤层。

2007年中国矿业大学(北京)对黄沙矿2#煤层瓦斯基本参数进行了测定,2123工作面位于测定参数1#钻孔正下方170 m处,根据黄沙矿煤层瓦斯赋存情况,2123工作面瓦斯基本参数与1#钻孔相近,所以瓦斯赋存基本参数为:煤层瓦斯含量在4.11～5.36 m3/t;瓦斯压力0.4 MPa;瓦斯流量衰减系数α为0.0223 d-1;煤层透气性系数λ为13.6 m2/MPa2·d。由此可知黄沙矿2#煤层属于高透气性容易抽采煤层。

因此黄沙矿采用在2123工作面掘进期间在本煤层打超前钻孔边抽边掘的抽采方式来解决瓦斯问题。

在本煤层打超前钻孔边抽边掘的抽采工艺,即在采动影响下,由于围岩应力的重新分布,形成卸压区和应力集中区。卸压区内煤层膨胀变形,透气系数大大增加,通过在巷道两帮施工钻场,在钻场内和掘进工作面沿工作面走向方向施工长钻孔,一方面可预抽巷道前方煤体瓦斯,一方面用钻孔隔离和抽采已掘进巷道周围卸压煤体内瓦斯,减少煤体向巷道空间涌出瓦斯,从而有效地降低掘进工作面回风瓦斯含量,提高工作面掘进进尺的目的。

2 钻场及钻孔布置

巷道掘进每40 m为1个循环,在巷道两帮每隔40 m布置1个钻场,两帮钻场交替布置,保证跟头抽采钻场与掘进工作面前头不超过5m,钻场规格为4.5 m×4 m×2.2 m(长×宽×高)。每个钻场施工6个钻孔,钻孔间距为400 mm,孔径75 mm,分上、下两层布置。掘进工作面施工4个钻孔进行瓦斯超前释放。考虑到钻孔成孔工艺的差异,每掘进循环钻孔交叉10 m,因此钻孔深度确定为50 m。钻孔施工完毕,根据黄沙矿的实际情况,采用BFK-10/1.2型矿用封孔泵进行封孔,封孔深度不少于5 m。封孔要求必须严密,不出现空隙、漏气现象。钻场施工完毕,对抽采钻场口进行密闭。钻场钻孔通过支管接到永久抽采系统。每天24 h不间断抽采,使煤体中的瓦斯得到有效释放,从而有效地降低工作面的瓦斯含量。根据矿山压力规律及新掘巷道煤帮深处瓦斯赋存情况(见图1),钻孔控制巷道轮廓线外不小于8 m,钻孔终孔位置全部落在巷道轮廓线10 m的范围内。

图1 新掘巷道煤帮深处瓦斯涌出情况

由于瓦斯抽采效果和钻孔直径的大小有直接的关系,因此采取较大的钻孔直径,钻孔直径不低于ø75 mm。根据《瓦斯抽采管理规范》的要求,卸压煤层瓦斯钻孔孔口负压应大于6.7 kPa。抽采负压确定为7 kPa。钻场和钻孔布置见图2。

图2 钻场和钻孔布置图

3 抽采管路的连接及抽采系统的监测、监控

3.1 抽采管路的连接

钻场瓦斯管可用高压橡胶软管通过抽采多通连接,然后钻场瓦斯管与巷道中的分区瓦斯抽采支管连接,高压橡胶软管的尺寸可根据封孔套管的直径选择,高压橡胶不能拐120°以下的急弯。每个钻场抽采瓦斯管为一组,每组用三通与主管路相连接;三通再与汇总管用高压橡胶软管连接,每一汇总管接6个抽采钻孔,抽采瓦斯管与汇总管用高压橡胶软管连接,每个抽采孔接一个阀门,每一个钻场接一个流量计及放水器,流量计及放水器接到汇总管与6寸管之间。钻场抽采管与瓦斯管路连接图见图3。

图3 钻场抽采管与瓦斯管路连接示意图

3.2 抽采系统的监测、监控

为了有效地掌握瓦斯抽采钻孔的瓦斯浓度、流量等技术参数,必须及时配备瓦斯抽采管道参数测定仪、板孔流量计、配合瓦斯抽采监测、监控系统,实现瓦斯抽采系统的合理、科学及有效管理,确保安全生产。

4 效果分析

以2123刮板输送机道施工完的十三个钻场瓦斯抽采情况为例进行分析。

工作面已掘进640 m,两套BDF2×15kW局部通风机供风700 m3/min,回风瓦斯浓度0.7%,风排瓦斯4.9 m3/min,各钻场瓦斯抽采情况如表1所示。

由表1知:单头风排瓦斯4.9m3/min,瓦斯抽采量1.37m3/min,瓦斯抽采率22%。如果不进行瓦斯抽采,则风排瓦斯量在6.27m3/min,回风浓度也达到0.90%。由于钻场钻孔拦截了部分巷道周边煤体涌入巷道的瓦斯,大大降低了风流中的瓦斯浓度,杜绝了瓦斯超限现象。在未实施边抽边掘技术时,发生瓦斯超限多次,平均瓦斯报警9.5次/周,回风浓度也达到0.90%。在采取边抽边掘措施后,没有发生一次瓦斯超限事故,瓦斯浓度最高不超过0.85%,正常情况下为0.7%。

表1 2007年11月16日测各钻孔数据

新掘钻孔位于工作面新掘巷道30 m范围以内,煤帮因爆破松动而产生更多裂隙,积聚了大量煤体吸附瓦斯,产生了一个瓦斯富积区,此时的钻孔瓦斯抽出量很大,随着时间的推移,钻孔瓦斯抽出量逐渐衰减,掘进150 m以后,即时间经过1个多月后钻孔的瓦斯抽采量已经很少,巷帮释放瓦斯量进入稳定期,此时可关闭后路钻场停止抽采,用以提高前头钻场的抽采负压。

通过施工长钻孔,基本能探明工作面前方的地质变化情况,为提前应付地质变化给生产带来的不便赢得了时间。

在没有执行边抽边掘措施前,平均月进尺105 m,采取深孔抽采措施后,平均月进尺128 m。掘进进尺稳定在120～135 m/月,最高达到148 m/月,掘进速度平均提高了22%。工作面贯通工期比原计划提前了近3个月,消除了采面接替紧张的局面,经济效益比较明显。

5 结语

煤巷“边抽边掘”技术的实践与应用,在黄沙矿尚属首次。该课题通过对-500 m高瓦斯地区2123轻放工作面上、下两巷掘进抽采的应用,获得了大量的现场资料及经验,初步掌握了在卸压区内进行瓦斯抽采的规律,优选了经济合理、技术上可行的巷道掘进和瓦斯抽采,减缓通风压力的方法,使我们初步掌握了在现有通风条件无法合理解决工作面通风问题的情况下,利用卸压区进行边抽边掘,控制瓦斯涌出的方法,探索总结出一套行之有效的防护措施,为高瓦斯地区煤巷掘进在瓦斯防治方面提供了宝贵经验,探索出一条有效途径,对最终实现高瓦斯地区煤巷安全、高效掘进具有指导意义。

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

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乔九卫(1972-),男,毕业于山西矿业学院,工程师,现任冀中能源峰峰集团黄沙矿副总工程师。

(责任编辑 张艳华)