寧夏石炭井煤礦井下巷道瓦斯預(yù)抽技術(shù)研究

寧夏石炭井煤礦井下巷道瓦斯預(yù)抽技術(shù)研究

神宗華寧夏煤礦集團有限公司石碳井焦耳井有限公司（石碳井2號井）是一個改革開放的井，年生產(chǎn)能力為135萬噸。位于寧夏賀蘭市北部。礦區(qū)坐標(biāo)：東1061011025，西歷39043916。2013年由中煤第一建設(shè)有限公司承建的礦建改造工程一標(biāo)段包括:+900m中部專用回風(fēng)石門及施工通路、上81集中巷延長段、瓦斯鉆場12處、+900m南翼上組煤邊界運輸石門、+970m中部回風(fēng)通路、上71集中巷延長段、上81邊界回風(fēng)上山、+970m中部專用回風(fēng)石門及施工通路工程。技改期間石炭井焦煤公司需開采1#、2#礦井間的優(yōu)質(zhì)焦煤柱,并對四水平工作面煤巷順槽向前延伸至1#礦井內(nèi)施工。中煤一建為防范1#老礦井的瓦斯、老窯殘留瓦斯積聚包、老窯水等危害,在巷道兩幫布置邁步式鉆場,鉆場內(nèi)布置順層鉆孔預(yù)抽工作面前方及煤體瓦斯,同時抽放鉆孔兼用為探水孔和放水孔,防范老窯水危害;平行鉆孔抽放已掘巷道煤體內(nèi)瓦斯,有效解決了掘進期間工作面及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗^高、老井冒落帶下瓦斯易突出和瓦斯儲藏不清等難題,為煤巷改造順槽掘進施工創(chuàng)造良好條件。一、煤地面瓦斯抽采系統(tǒng)根據(jù)地質(zhì)資料分析,礦建改造工程一標(biāo)段施工范圍內(nèi)無較大的斷層,地層巖性主要為煤層、泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、中粒砂巖和石灰?guī)r,屬于軟巖向中硬巖石過渡帶。施工中揭穿第三、第四含水層組,該含水層組富水性弱,補給來源差,水文地質(zhì)條件簡單。石炭井焦煤公司在2010年前屬低瓦斯礦井,2011年經(jīng)有關(guān)部門鑒定為高瓦斯并具突出危險性礦井。隨著礦井不斷延深,瓦斯涌出量不斷增加,如:2451N采面(標(biāo)高+1146m,埋深321m)相對瓦斯涌出量為0.65m3/t,到2461N采面(標(biāo)高+1085m,埋深350m)相對瓦斯涌出量達到3.96m3/t。因此,礦建技改期間,隨著四水平的開拓,瓦斯涌出量將隨著開拓深度的增加而增加,形成局部高瓦斯區(qū)域。由于掘進巷道的瓦斯涌出主要來自掘進落煤時的瓦斯涌出和裸露煤壁的瓦斯釋放,致使工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冉咏鼒缶R界值。雖然采用兩組FBD-NO8.0-2×45kw局扇,配備800直徑雙趟強力膠質(zhì)風(fēng)筒供風(fēng),最大風(fēng)量1300m3/min,割煤時回流風(fēng)瓦斯最高0.63%,但通風(fēng)方法已無法解決掘進期間的瓦斯問題。為此,石炭井焦煤公司地面瓦斯抽采系統(tǒng)共安裝3臺2BEY40型水環(huán)式真空泵,1運1備1檢修,設(shè)計抽采規(guī)模110m3/min,瓦斯抽采管路管材均為螺旋卷焊鋼管(環(huán)氧樹脂涂層防腐)。同時依據(jù)瓦斯主要來源,采取在掘進過程中超前探孔,超前預(yù)抽,邊抽邊掘等措施,施工巷道兩側(cè)每40m邁步設(shè)置一個鉆場,每個鉆場布置6個超前鉆孔,9個順層鉆孔,通過鉆孔抽出部分煤體的瓦斯,有效解決了掘進期間工作面及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冗^高、老井冒落帶下瓦斯易突出和瓦斯儲藏不清的難題,為煤巷改造順槽掘進施工創(chuàng)造良好條件。二、樓梯孔和孔的配置1.巷道底板鉆場設(shè)計鉆場設(shè)計為梯形,內(nèi)寬4m,外寬8.5m,深4.5m,高3.8m,鉆場底板高于巷道底板0.3m。同側(cè)相鄰鉆場間距80m,異側(cè)相鄰鉆場間距40m,每個鉆場布置6個超前預(yù)抽鉆孔,呈三花眼布置;布置9個順層鉆孔,呈扇形分布。2.巷道圍巖孔距底板設(shè)每個鉆場布置6個預(yù)抽鉆孔,鉆孔直徑φ113mm,孔深120m,沿煤層傾角走向施工,與巷道中心線呈6°角,鉆孔間距0.8m,下層孔距底板1.8m,上層孔距底板2.4m。見圖1。3.煤層質(zhì)量地層孔每個鉆場布置9個順層鉆孔,鉆孔直徑φ113mm,孔深80m,沿煤層傾角走向施工,鉆孔間距0.6m,孔距距底板1.2m。見圖2。三、水排渣鉆孔施工通過在掘進過程中控制掘進里程,在施工至鉆場指定位置前做好準(zhǔn)備工作,由掘進機直接施工鉆場,提高了施工質(zhì)量,節(jié)省了大量時間及人力。鉆場完成后,再由里向外、由上向下依次施工鉆孔,施工完成一個封閉一個,并在預(yù)抽鉆孔并網(wǎng)抽放后,施工順層鉆孔。為避免打鉆期間發(fā)生瓦斯超限事故,施工人員首先采用水排渣鉆孔施工工藝,使用汽水分離裝置,確保打鉆期間安全。其次,通過改進打鉆、封孔工藝,使用履帶式鉆機代替普通液壓鉆機,鉆桿更換為自排渣麻花鉆桿,極大地提高了鉆孔的成孔效率,節(jié)約了打鉆時間,降低了工人的勞動強度。此外,還在孔口封孔管外端加裝導(dǎo)引四通,安裝控制閥門,將抽管串聯(lián)放水器后連入抽放管路,鉆孔施工過程中調(diào)節(jié)閥門,可做到邊打邊抽,進一步提高了抽放效率。封孔采用加壓注漿封孔法,鉆孔封孔長度為15m,可充填鉆孔周圍裂隙,消除漏氣通道,保證抽放效果。同時,還將已竣工的抽放鉆孔接入抽放支管進行抽放,抽放過程中對鉆孔的抽放參數(shù)進行監(jiān)測,并根據(jù)監(jiān)測對鉆孔抽放狀態(tài)進行調(diào)整。四、順層鉆孔預(yù)抽瓦斯采用抽放泵抽放負(fù)壓在15kpa時,預(yù)抽鉆孔抽采瓦斯?jié)舛仍?0~36%之間,單孔混合瓦斯抽放量在1~3m3/min左右,純瓦斯抽放量在0.56~0.98m3/min,一個月累計抽放瓦斯831m3;順層鉆孔抽采瓦斯?jié)舛仍?8%~47%之間,單孔混合瓦斯抽放量在2~3.6m3/min,純瓦斯抽放量在0.64~1.06m3/min,一個月累計抽放瓦斯1377m3。較抽放前比較,抽放后掘進工作面割煤回風(fēng)流瓦斯最高0.3%~0.5%,有效降低了瓦斯?jié)舛?為施工安全提供了保證。通過在鉆場內(nèi)布置順層鉆孔預(yù)抽工作面煤體內(nèi)瓦斯