邊抽邊掘技術在高瓦斯突出危險煤層掘進中的實踐與應用
作者：中國礦業(yè)商務網(wǎng)
2008-04-11 00:00
來源：不詳
謝橋煤礦位于淮南潘謝礦區(qū)西翼，是一座設計年產(chǎn)量400萬t的特大型現(xiàn)代化礦井，2003年實際生產(chǎn)能力達到560萬t。井田內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，標高-590～-660m設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。
工作面下順槽掘進初期，主要通過加大風量來排放瓦斯，施工超前排放鉆孔來消除突出。但在掘進施工3個月內的實踐證明，消突效果不明顯，預測指標經(jīng)常超標，且防突措施工程量巨大，既費時又費力，達不到預期效果，而且瓦期頻繁超限，絕對瓦斯涌出量達6.21m3/min，嚴重影響掘進進度，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，取得了顯著效果，巷道于2003年2月實現(xiàn)了安全貫通。
1 技術原理
通過在巷道兩幫施工鉆場，在鉆場內和迎頭沿工作面走向方向施工長鉆孔抽放瓦斯，以達到消除突出危險、保證工作面掘進進尺的目的。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，地應力也顯著降低，即通過降低發(fā)生瓦斯突出的地應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行抽放。工作面抽排管直徑Φ159mm，抽放負壓25～30kPa，并定期考察抽放濃度、流量、負壓等基本參數(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，在未實施邊抽邊掘技術時，共發(fā)生瓦斯超限6次，瓦斯?jié)舛茸罡哌_到4％，正常情況下瓦斯?jié)舛纫策_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，使煤體的物理力學性質得到改變，應力集中帶前移，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力。實踐證明，在沒有執(zhí)行邊抽邊掘防突措施時，月平均防突預測指標超限次數(shù)為5.75次，采取深孔抽放措施后，月平均防突預測指標超限次數(shù)為2.25次，月平均防突預測超限次數(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，避免了一定的地質風險。
5）在沒有執(zhí)行邊抽邊掘防突措施前，平均月進尺61.2m，采取深孔抽放措施后，平均月進尺156.8m。掘進進尺穩(wěn)定在150～160m/月，最高達到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。應用效果見表1。
表1 邊抽邊掘技術效果比較表
項 目
實施邊抽邊
掘技術前
實施邊抽邊
掘措施后
月平均瓦斯超限次數(shù)/次
月平均防突預測指標超限數(shù)/次
月平均進尺量/m
工作面貫通工期/月
2
5.75
61.2
16
0
2.25
150
13
4 結語
1）1151（3）下順槽掘進實踐證明：通過采取邊抽邊掘技術后，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，同時掘進進尺大幅度提高。邊抽邊掘技術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，封孔質量要求較高，由于煤層透氣性低，可設大流量專用移動抽排泵抽放，加大孔口負壓，增強抽放效果。
3）鉆孔參數(shù)還需進一步優(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筒上拔風袖進行風排瓦斯
工作面下順槽掘進初期，主要通過加大風量來排放瓦斯，施工超前排放鉆孔來消除突出。但在掘進施工3個月內的實踐證明，消突效果不明顯，預測指標經(jīng)常超標，且防突措施工程量巨大，既費時又費力，達不到預期效果，而且瓦期頻繁超限，絕對瓦斯涌出量達6.21m3/min，嚴重影響掘進進度，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，取得了顯著效果，巷道于2003年2月實現(xiàn)了安全貫通。
1 技術原理
通過在巷道兩幫施工鉆場，在鉆場內和迎頭沿工作面走向方向施工長鉆孔抽放瓦斯，以達到消除突出危險、保證工作面掘進進尺的目的。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，地應力也顯著降低，即通過降低發(fā)生瓦斯突出的地應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行抽放。工作面抽排管直徑Φ159mm，抽放負壓25～30kPa，并定期考察抽放濃度、流量、負壓等基本參數(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，在未實施邊抽邊掘技術時，共發(fā)生瓦斯超限6次，瓦斯?jié)舛茸罡哌_到4％，正常情況下瓦斯?jié)舛纫策_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，使煤體的物理力學性質得到改變，應力集中帶前移，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力。實踐證明，在沒有執(zhí)行邊抽邊掘防突措施時，月平均防突預測指標超限次數(shù)為5.75次，采取深孔抽放措施后，月平均防突預測指標超限次數(shù)為2.25次，月平均防突預測超限次數(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，避免了一定的地質風險。
5）在沒有執(zhí)行邊抽邊掘防突措施前，平均月進尺61.2m，采取深孔抽放措施后，平均月進尺156.8m。掘進進尺穩(wěn)定在150～160m/月，最高達到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。應用效果見表1。
表1 邊抽邊掘技術效果比較表
項 目
實施邊抽邊
掘技術前
實施邊抽邊
掘措施后
月平均瓦斯超限次數(shù)/次
月平均防突預測指標超限數(shù)/次
月平均進尺量/m
工作面貫通工期/月
2
5.75
61.2
16
0
2.25
150
13
4 結語
1）1151（3）下順槽掘進實踐證明：通過采取邊抽邊掘技術后，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，同時掘進進尺大幅度提高。邊抽邊掘技術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，封孔質量要求較高，由于煤層透氣性低，可設大流量專用移動抽排泵抽放，加大孔口負壓，增強抽放效果。
3）鉆孔參數(shù)還需進一步優(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筒上拔風袖進行風排瓦斯
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