APP下载

煤矿瓦斯抽采钻孔施工技术浅述

2017-06-05李立刚

大陆桥视野·下 2017年4期
关键词:瓦斯抽采

李立刚

中煤科工集团西安研究院有限公司

【摘 要】瓦斯煤尘爆炸是我国煤矿的主要灾害之一,严重威胁并制约着煤矿的生产,因此,瓦斯治理对于煤矿安全生产显得尤为重要。山西阳泉地区某煤矿属高瓦斯矿井,煤层透气性较差,常规的瓦斯治理措施已经不能满足该煤矿安全生产的需要,因此,需要采取不同的抽采钻孔布置措施进行瓦斯治理,以提高其瓦斯抽采率,实现煤矿安全生产。

【关键词】钻孔设计;瓦斯抽采;回采工作面;本煤层;邻近层

低瓦斯矿井处于正常通风状态时,井下瓦斯浓度通常不会达到爆炸下限,但受多种因素影响,部分煤层瓦斯含量较低的矿井,仍然多次发生瓦斯超限,甚至发生瓦斯爆炸事故。因此,加强采钻孔施工技术是非常重要的。

一、基本地质条件

该煤矿地层由老到新依次为奥陶系中统峰峰组(O2f)、石炭系中统本溪组(C2b)、石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1S)、二叠系下统下石盒子组(P1x)、第四系上更新统(Q2+3)。地层总厚度约为460m,煤系地层厚度约为170m。9号煤层最小埋藏深度60m,最大埋藏深度255m;15号煤层最小埋藏深度130m,最大埋藏深度327m。井田内9号、15号煤层是主采煤层。本井田总体为向斜构造,S1向斜轴位于井田西部,走向近南北向,两翼倾角不大,倾角一般为5°~8°,在井田内延伸长度约600m。S2向斜轴位于井田中部偏东,走向北东向,两翼倾角不大,倾角一般为5°~10°,在井田内延伸长度约1700m。另外,该矿井下巷道还发现3条断层和4个陷落柱。

二、回采工作面抽采钻孔设计

该矿9号煤层瓦斯涌出量最高的采区(已经开采)回采工作面绝对瓦斯涌出量为13.7m3/min,其中,工作面本煤层瓦斯5.77m3/min;邻近层瓦斯7.93m3/min.结合全国高瓦斯矿井的抽采经验,设计本矿井在实施瓦斯抽采时应进行综合瓦斯抽采。

(一)回采工作面本煤层瓦斯抽采

根据预测,该矿开采9号煤层时,回采工作面本煤层瓦斯涌出量较大,需要进行本煤层抽采。本煤层抽采分为开采层未卸压抽采和卸压抽采2种方法。设计对回采工作面本煤层采用未卸压抽采(预抽)方法。回采工作面布置顺层平行钻孔方式进行9号煤层预抽采,孔间距3m。其主要优点为:可保证该煤层瓦斯预抽的均衡性,能实行边采边抽,提高9号煤层瓦斯抽采率。其钻孔布置方式如下图1所示:

主要参数:1)钻孔位置:回风顺槽内,距离巷道底板1.2m;2)钻孔角度:垂直于巷道中线,与工作面平行,水平角上仰约2°~3°(实际生产中需根据煤层赋存情况再作调整);3)开孔直径:94mm;4)终孔直径:94mm;5)钻孔长度:105m(可根据实际情况调整);6)钻孔间距:根据实际抽采经验及该矿实际情况,结合回采工作面采长、工作面走向长度、工作面产量、钻孔施工条件等因素综合考虑,确定该矿9号煤回采工作面预抽钻孔间距为3m;7)封孔方式:聚氨酯封孔;8)封孔深度:不小于8m;9)封孔长度:不小于1m。

(二)回采工作面邻近层瓦斯抽采

9号煤层的上邻近层瓦斯主要是1、2、3、4、5、8号煤层,9号煤层平均厚度大约为2.4m,按照6倍~8倍的采高计算,9号煤裂隙带高度大约在14.4m以上,根据9号煤层上邻近煤层的层间距可知,除8号煤层位于冒落带外,其余煤层均位于裂隙带中。9号煤回采工作面,在工作面外侧尾巷向工作面一侧的上邻近煤层布置倾斜穿层钻孔,对上邻近煤层瓦斯卸压抽采。该倾斜穿层钻孔最后的终孔位置选择在3号煤层,并且需超出3号煤层1m。主要参数:1)钻孔间距:9号煤回采工作面从开切眼往外20m的位置布置1对钻孔(1个高位钻孔、1个低位钻孔),从第1对钻孔往外每隔30m布置1个高位钻孔;2)开孔直径:133mm,经193mm,一次扩孔;3)终孔直径:193mm;4)钻孔角度:上仰35°~50°(根據实际情况确定);高位钻孔取40°、低位钻孔取30°;5)钻孔夹角:垂直二次复用的尾巷中线;6)钻孔位置:布置在工作面二次复用的尾巷中,钻孔打至3号煤后且超出3号煤不小于1m;7)钻孔长度:高位钻孔长度78m、低位钻孔长度70m可根据实际情况调整);8)封孔方式:聚氨酯封孔;9)封孔深度:不小于5m;10)封孔长度:不小于1m。

(三)抽采管路管理

随着工作面的推进,第一组钻孔将逐渐 进入卸压区,实现卸压瓦斯抽采。随着工作面继续推进,第一组抽采钻孔将逐步报废,需要将靠近切眼最里段管路逐段拆卸,将端头用法兰片密封。工作面开采推进过程中,需要至少提前拆除面前20m内管路,给瓦斯管路管理和工作面生产造成一定影响。为最大程度降低上述工作对正常生产影响,距工作面切眼30m以内钻孔用软胶管与抽采管末端相连,抽采管末端特制一段2~3m长的短管,短管设置3~5个变径三通,与靠近工作面的钻孔用软管相连,钻孔报废后向前移动短管,保持短管始终在抽采管路的末端。

三、钻孔机具选择

(一)钻机

考虑到本矿井的煤、岩硬度以及钻孔长度、钻孔施工等,对本煤层和邻近层抽采钻机分别设置:1)邻近层钻孔施工钻机采用国产的ZDY6500LP型大口径全液压钻机。该钻机扭矩大、多自由度调角机构可实现大角度施工,全液压传动能。2)本煤层钻孔施工钻机采用国产的ZDY4000L型全液压钻机。

(二)钻杆

可采用φ73mm/89mm直径钻杆。钻杆是将钻机的动力传递给钻头,并且将钻井液引入到孔底,钻杆在钻孔中受到扭矩、压力等的综合作用,钻杆材料要求使用抗裂强度不小于55kg/mm2~65kg/mm2,延展率大于12%的无缝钢管制成。

(三)钻头

按照煤岩层的性质和是否需要取芯的不同,选用不同的钻头。本煤层瓦斯抽采钻孔用φ94三翼内凹PDC钻头开孔,其孔形光滑、平整便于封孔。邻近层瓦斯抽采钻孔采用φ133mm弧角钻头开孔钻至设计深度,后使用φ133/193mm导向扩孔钻头扩孔至设计深度。

(四)泥浆泵

泥浆泵用于钻进时向钻孔内提供冲洗液,这里选用BW250卧式三缸活塞往复式单作用泥浆泵,该泥浆泵排量可根据孔深需要调节四种挡速。

四、结论

根据本矿瓦斯涌出的特点,结合同类矿井的抽采经验,本矿应进行综合瓦斯抽采,对该矿的9号煤层回采工作面使用单侧顺层平行钻孔进行该煤层抽采,对邻近煤层采用倾斜穿层钻孔进行卸压抽采,施工后达到了预期的抽采效果。

参考文献:

[1]李学来,刘见中.瓦斯灾害治理新技术[J].中国安全科学学报,2014,14(7):101-104.

[2]袁亮.瓦斯治理理念和煤与瓦斯共采技术[J].中国煤炭,2010,36(6):5-12.

[3]王兆丰,武炜.煤矿瓦斯抽采钻孔主要封孔方式剖析[J].煤炭科学技术,2014,42(6):31-34,103.

[4]石智军,姚宁平,叶根飞.煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术与装备[J].煤炭科学技术,2009,37(7):1-4.

[5]荆鸿飞.西山煤田区域瓦斯抽采深孔定向钻进技术[J].煤炭科学技术,2013,41(11):90-94

猜你喜欢

瓦斯抽采
瓦斯抽采钻孔施工常见事故预防与处置
高瓦斯低透气性煤层强化增透抽采技术的现状及发展
水力割缝技术在金河煤矿瓦斯抽放中的应用
瓦斯抽采技术的发展现状分析
平宝公司顺层钻孔封孔工艺研究与实践
某矿井穿层钻孔水力强化增透技术研究
松软突出煤层顺层钻孔筛管护孔高效抽采技术研究
采煤工作面瓦斯抽采技术的应用探讨
煤层底板瓦斯抽采技术优化