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邊抽邊掘技術(shù)在高瓦斯突出危險煤層掘進(jìn)中的實(shí)踐與應(yīng)用

  
評論: 更新日期:2008年05月13日

作者:李慶明

謝橋煤礦位于淮南潘謝礦區(qū)西翼,是一座設(shè)計年產(chǎn)量400萬t的特大型現(xiàn)代化礦井,2003年實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到560萬t。井田內(nèi)13-1煤層為突出危險煤層,1151(3)工作面是礦井東翼-610m下山采區(qū)13-1煤層首采面,工作面走向長1 900m,標(biāo)高-590~-660m設(shè)計采煤方法為綜采放頂煤。1151(3)工作面煤層賦存穩(wěn)定,走向傾角97°~107°,煤層平均傾角12°18′,平均煤厚5.9m。

工作面下順槽掘進(jìn)初期,主要通過加大風(fēng)量來排放瓦斯,施工超前排放鉆孔來消除突出。但在掘進(jìn)施工3個月內(nèi)的實(shí)踐證明,消突效果不明顯,預(yù)測指標(biāo)經(jīng)常超標(biāo),且防突措施工程量巨大,既費(fèi)時又費(fèi)力,達(dá)不到預(yù)期效果,而且瓦期頻繁超限,絕對瓦斯涌出量達(dá)6.21m3/min,嚴(yán)重影響掘進(jìn)進(jìn)度,造成工作面接替緊張。為此,從2002年4月開始,采取巷幫鉆場邊抽邊掘技術(shù),取得了顯著效果,巷道于2003年2月實(shí)現(xiàn)了安全貫通。

1 技術(shù)原理

通過在巷道兩幫施工鉆場,在鉆場內(nèi)和迎頭沿工作面走向方向施工長鉆孔抽放瓦斯,以達(dá)到消除突出危險、保證工作面掘進(jìn)進(jìn)尺的目的。首先,通過長鉆孔抽放可減少由煤體涌入巷道空間的瓦斯,降低風(fēng)排瓦斯量;其次,采取抽放措施后,煤體的瓦斯壓力得到釋放,地應(yīng)力也顯著降低,即通過降低發(fā)生瓦斯突出的地應(yīng)力和瓦斯壓力來消除煤與瓦斯突出危險。

2 鉆場及鉆孔布置

巷道掘進(jìn)每50m為1個循環(huán),即在順槽兩幫每隔50m施工2個對稱鉆場,鉆場規(guī)格為:長×寬×高=5m×4m×2.2m。每個鉆場施工4個鉆孔,迎頭施工6個鉆孔,孔深60m,孔徑94mm。鉆孔施工完畢采用聚胺脂封孔,封孔深度不低于5m。鉆場鉆孔每天24h不間斷抽放,迎頭鉆孔至少抽放24h??紤]到鉆孔成孔工藝的差異,每掘進(jìn)循環(huán)鉆孔交叉10m,鉆場和鉆孔布置見圖1。



圖1 鉆場及鉆孔設(shè)計示意圖

由于13-1煤層透氣性低,為提高瓦斯抽放量,利用地面永久抽放泵進(jìn)行抽放。工作面抽排管直徑Φ159mm,抽放負(fù)壓25~30kPa,并定期考察抽放濃度、流量、負(fù)壓等基本參數(shù)。

3效果分析

1)從2002年4月到2003年2月,1151(3)下順槽掘進(jìn)面累計抽放瓦斯5.81×105m3,平均每分鐘抽放1.2m3,工作面抽放率達(dá)19.3%。

2)由于鉆場鉆孔攔截了部分巷道周邊煤體涌入巷道的瓦斯,大大降低了風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?,杜絕了瓦斯超限現(xiàn)象。2002年1~3月,在未實(shí)施邊抽邊掘技術(shù)時,共發(fā)生瓦斯超限6次,瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)到4%,正常情況下瓦斯?jié)舛纫策_(dá)到0.80%。在采取邊抽邊掘措施后,沒有發(fā)生一次瓦斯超限事故,瓦斯?jié)舛茸罡卟怀^0.70%,正常情況下為0.60%,如圖2所示。



圖2 措施前后工作面瓦斯?jié)舛缺容^

3)通過抽放,使煤體的物理力學(xué)性質(zhì)得到改變,應(yīng)力集中帶前移,增加了迎頭前方煤體的卸壓帶寬度和透氣性,降低了發(fā)生突出的動力即瓦斯壓力和地應(yīng)力。實(shí)踐證明,在沒有執(zhí)行邊抽邊掘防突措施時,月平均防突預(yù)測指標(biāo)超限次數(shù)為5.75次,采取深孔抽放措施后,月平均防突預(yù)測指標(biāo)超限次數(shù)為2.25次,月平均防突預(yù)測超限次數(shù)限低61%,大大節(jié)省了防突人力、物力。

4)通過施工長鉆孔,基本能探出工作面前方落差小于3m的較小斷層,這是目前采取其他手段所難以判斷的,避免了一定的地質(zhì)風(fēng)險。

5)在沒有執(zhí)行邊抽邊掘防突措施前,平均月進(jìn)尺61.2m,采取深孔抽放措施后,平均月進(jìn)尺156.8m。掘進(jìn)進(jìn)尺穩(wěn)定在150~160m/月,最高達(dá)到182m/月,是采取措施前的2~3倍。工作面貫通工期比原計劃提前了近3個月時間,消除了采面接替緊張的局面。應(yīng)用效果見表1。

表1 邊抽邊掘技術(shù)效果比較表

項(xiàng) 目

實(shí)施邊抽邊

掘技術(shù)前

實(shí)施邊抽邊

掘措施后

月平均瓦斯超限次數(shù)/次

月平均防突預(yù)測指標(biāo)超限數(shù)/次

月平均進(jìn)尺量/m

工作面貫通工期/月

2

5.75

61.2

16

0

2.25

150

13



4 結(jié)語

1)1151(3)下順槽掘進(jìn)實(shí)踐證明:通過采取邊抽邊掘技術(shù)后,既解決了工作面瓦斯超限問題,又不同程度地消除了突出危險,同時掘進(jìn)進(jìn)尺大幅度提高。邊抽邊掘技術(shù)是高瓦斯突出危險煤層治理瓦斯的有效措施之一。

2)為提高抽放效果,封孔質(zhì)量要求較高,由于煤層透氣性低,可設(shè)大流量專用移動抽排泵抽放,加大孔口負(fù)壓,增強(qiáng)抽放效果。

3)鉆孔參數(shù)還需進(jìn)一步優(yōu)化,以提高鉆孔利用率和瓦斯抽放效果。抽放鉆孔孔徑應(yīng)盡量大。由于迎頭鉆孔抽放時間短,故可通過增加鉆孔數(shù)量、降低鉆孔深度、增加鉆孔施工循環(huán)次數(shù)來解決。

4)巷幫鉆場在鉆孔施工期間,容易造成局部瓦斯積聚,目前主要的解決方法是在風(fēng)筒上拔風(fēng)袖進(jìn)行風(fēng)排瓦斯。

《礦業(yè)安全與環(huán)保 》

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