东曲矿煤层瓦斯抽采及封孔安全技术研究.pdf

7 6 童 媳蒺 斜技 2 0 1 7 年 第 1 1 期 东曲矿煤层瓦斯抽采及封孔安全技术研究 陈晓敏 山西焦煤集 团有 限责任公 司东曲煤矿 ，山西 太原 0 3 0 2 0 0 摘要 东曲矿是高瓦斯矿井， 单纯的通风方法已经难以将瓦斯含量控制在安全范围内， 为有效预防煤矿瓦斯突出的危险， 必须采取措 施进行 瓦斯抽采 ，而打钻抽 采和钻孔封孔效果 ，直接 关系到 能否安 全高效抽 采 ，针 对这一问题 ，本 文提 出了一 系列的安全技 术措施。 关键词 瓦斯抽 采 钻孔 封孔 管理措施 技 术措施 中图分类 号T D7 1 2 ． 6 文献标识码 B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 7 ． 1 1 ． 0 3 4 A St ud y on G a s Ex t r a c t i on a nd Ho l e - s e a l i ng Sa f e t y Te c hno l o g y o f Do ng qu Coa l Se a m Ch e n Xi a o mi n D o n g q u C o a l Mi n e o f S h a n x i C 0 k i n g C o a l G r o u p C o ． ， L T D． ， S h a n x i T a i y u a n 0 3 0 2 0 0 Abs t r a c t Do n g q u Co a l M i n e i s a h i g h g a s s y mi n e ， s o i t i s v e r y d i ffi c u l t t o c o n t r o l t h e g a s c o n t e n t wi t h i n t h e s c o p e o f t h e s e c u r i t y me r e l y b y s i mp l e v e n t i l a t i o n me t h o d ． I n o r d e r t o e f f e c t i v e l y p r e v e n t c o a l mi n e f r o m g a s o u t b u r s t ， me a s u r e s mu s t b e t a k e n t o c o n d u c t g a s e x t r a c t i o n． Th e n t h e r e s u l t o f d ril l i n g e x t r a c t i o n a n d d r i l l i n g h o l e s e a l i n g i t i s d i r e c t l y r e l a t e d t o th e s a f e t y a n d e ffi c i e n c y o f e x t r a c t i o n ． I n o r d e r t o s o l v e t h i s p r o b l e m， t h i s p a p e r p u t s f o r wa r d a s e r i e s o f s a f e ty t e c h n i c a l me a s u r e s ． Ke y wo r d s g a s e x tra c t i o n d r i l l i n g h o l e s e a l i n g ma n a g e me n t m e a s ur e s t e c hn i c a l me a s u r e s 1 工程 概况 东曲煤矿矿区位于马兰向斜的东翼，受新华夏 系泰山式断裂的控制。地层走向北西，倾向南西， 倾角 3 。 ～ 8 。 ，基本上为一宽缓波状、穹窿状褶皱的 单斜构造。断层横穿本区中部，组成地堑，其间小 断层密布，形如树枝。此外 ，沟谷两侧常见到滑坡 等现象 。东 曲煤矿 的地质特 点对矿井 瓦斯涌 出量具 有一定 的影响，为准确掌握东 曲煤矿 2 、4 、9 煤 层在不同区域的突出危险性及煤层瓦斯赋存情况， 针对性的对各煤层重点突出危险区域采取两个 “ 四 位一体”的综合防突措施 ，需进行 2 、4 、9 煤层 突出鉴定及区域预测工作 ， 一 鉴定及区域预测现场实 测的主要指标为瓦斯压力。 2 东 曲矿瓦斯抽采量及特点 东曲煤矿建立了分源抽采系统，小沙岩高负压 地面永久瓦斯抽采系统于 2 0 0 7年 2 月 2 3日建成并 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 7 0 5 作者简介陈晓敏 1 9 8 4 - ，男，山西长治人 ，2 0 1 4年毕业于山 西大同大学，助理工程师，主要从事矿山安全技术及管理工作。 投入使用 ，安装 2 B E C ． 7 2型水环式真空泵 3台 1 运 2备 。抽采泵最大流量 4 4 8 m ／ mi n ，极 限真空 度 9 2 k P a ，配套 电机额定功率 5 6 0 k W。当前抽采浓 度为 3 1 ． 2 2 ％，负压为 3 ． 4 k P a ，抽采纯量为 3 2 ． 5 2 m ／ mi no 低负压地面永久抽采系统 2 0 1 2 年 8月 1 9日投 入运行，安装 2台 2 B E C 一 1 0 0型水环式真空泵 1 运 1 备 ，电机 功率 1 1 2 0 k W，工况 流量 1 0 0 0 m ／ mi n ，转速 1 9 0 r ／ mi n 。当前抽采浓度为 1 ． 7 ％，负压 为 2 6 ． 5 k P a ，抽采纯量为 1 3 ． 7 2 m ／ mi n 。 井 下现运行 2 8 2 0 4移 动抽采泵站 、八 采边界 移动泵 站和 1 4 3 0 9移动抽采泵站等三处，其 中 2 8 2 0 4移 动 抽 采 泵 站 安 设 2台 Z WY 2 6 0 ／ 3 1 5型 移 动瓦斯泵 ，电机功率为 3 1 5 k W ，额定流量 2 6 0 m ／ mi n 。当前抽采浓度 2 1 ． 2 ％，负压为 2 7 ． 6 k P a ，抽采 纯量为 1 1 ． 0 6 m ／ mi n 。八采边 界移动泵站安设 1 台 Z WY1 6 0 ／ 2 0 0型移动瓦斯泵，电机功率为 2 0 0 k W， 额定 流量 1 6 0 m ／ mi n ；安设 1 台 Z WY2 6 0 ／ 3 1 5型移 动瓦斯泵 ，电机功率为 3 1 5 k W ，额定流量 2 6 0 m ／ mi n 。当前 抽采 浓度 1 ． 5 5 ％，负压 为 1 1 ． 4 k P a ，抽 采 纯 量 为 1 ． 2 9 m ／ mi n 。1 4 3 0 9移 动 泵 站 安 设 2台 2 0 1 7年第 l 1 期 聪茬 舛技 7 7 Z WY1 6 0 ／ 2 0 0型移动瓦斯泵，电机功率为 2 0 0 k W， 额定流量 1 6 0 m ／ mi n 。当前抽采浓度 1 ． 2 ％，负压为 1 0 ． 4 k P a ，抽采纯量为 0 ． 6 9 m ／ mi n 。 东曲煤矿前期按瓦斯矿井设计，2 0 0 2 - 2 0 1 3年 瓦斯等级升级为高瓦斯矿井。2 0 1 4年 8 月 1 6日升 级为煤与瓦斯突出矿井。在高瓦斯矿井中，仅采用 通风的方法已经很难把工作面的瓦斯浓度控制在允 许的安全范围内，因此必须采取瓦斯抽采措施 ，即 通过打钻的方式 ，利用钻孔 或巷道 、管道和真 空泵将煤层或采空区内的瓦斯抽至地面，有效地解 决 回采区瓦斯浓度超限问题。抽出的瓦斯量少 、浓 度低时，一般直接排放到大气中去；当具有稳定的、 较大的抽出量时 ，可将抽出的瓦斯作为工业原料与 民用燃料 。 ． 3 瓦斯抽采工艺 3 ． 1 瓦斯压 力 测定 方法 瓦斯压力的测定方法有直接法、间接法两种。 直接法是利用巷道施工钻孔 ，然后用封孔器或其他 材料封堵后安装压力表观测数据 [ 1 ；间接法是通过 瓦斯压力和其他有关参数之间的联系来推算瓦斯压 力值。根据 煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法，鉴定 工作要求的瓦斯压力应为井下实测数据 ，因此 ，本 次 2 、 4 、 9 煤层的瓦斯压力测定采用直接法进行。 3 ． 2 钻 L _ T - 艺 开采煤层的瓦斯抽采 ，是在煤层开采之前或采 掘的同时，用钻孔的方式进行该煤层的抽采工作。 钻孔方式分为未卸压钻孔抽采和卸压钻孔抽采，未 卸压抽采适用 于透气系数较大的开采煤层预抽瓦 斯 ，其优点是施工方便 ，可 以预抽的时间较长，但 是这类抽采方法经常受到采掘接替的限制 ，抽采时 间不长 ，影响了抽采效果 ；卸压钻孑 L 抽采适用于卸 压区内煤层膨胀变形，在这个卸压区内打钻抽采瓦 斯 ，不仅可以提高抽出量 ，还可以阻截瓦斯流向工 作空间。 钻孔的开孔位置应选择在岩石完整的位置，按 前期设计的钻孔参数进行钻孔施工。钻孔打过煤层 顶板约 0 ． 5 m后停止打钻。在钻孑 L 施工 中，应准确 记录钻孔参数、钻孔见煤深度，煤层厚度，以及钻 孔开孔时间、见煤时间及结束时间 [ 3 】 。 3 - 3 封 孔 工艺 目前煤矿中应用较多的封孔技术主要包括聚氨 酯泡沫封孔 、水泥砂浆封孔 、胶圈封孔器和注浆封 孔技术等。东曲矿采用注浆封孔方法 ，钻孔封孑 L 如 图 1 所示。钻孔施工好后 ，参考相关文献 口 设置东 曲矿封孔工艺如下 1 将 四分测压管用管接头逐根连接塞人钻 孔底部。 2 将 3根四分注浆管用管接头逐根连接， 并在其上裹缠聚氨酯，塞人孔 口，注浆管在孔 口外 露长度 1 0 c m左右 ，并在注浆管 口装好四分球阀。 3 将注枪与注浆管通过丝扣连接。 4待聚氨酯膨胀硬化将孔 口封堵严实后， 在 1 号搅拌桶内配制水泥浆 ，并用铁皮桶过滤至 2 号搅拌桶。 5 将气动注浆泵放人 2号搅拌桶 内并接好 压风， 然后将注浆泵出浆口经高压胶管连接至注枪。 6开启注浆泵 ，将过滤后的水泥浆注入钻 孔内 。 7待水泥浆凝固后 封孔 l ～ 2 d后 ，在测 压管上安装压力表每天观测煤层瓦斯压力 部分钻 孔根据测定情况确定是否需要注入高压氮气 ，直 至煤层瓦斯压力三天内的变化值小于 0 ． 0 1 5 MP a 。 图 1 钻 孔 测压 封 孔 示 意 图 4 钻封孔工艺抽采效果 在高瓦斯矿井中，由于工作面的瓦斯浓度已经 很难通过通风的方法控制在安全范围内，因此通过 钻孔封孔工艺进行瓦斯抽采 ，可以有效解决瓦斯浓 度超限问题，还可以将抽出的低浓度的瓦斯作为工 业原料。采用注浆封孔工艺不但能够消除开孑 L 时形 成的钻孔漏气通道 ，而且能够避免后期漏气通道的 产生和发展 ，保证了抽放钻孑 L 的气密性，与其他传 统封孑 L 工艺相比封孔质量显著提高。 5 组织管理措施 1 防突科负责六采区 2 、4 煤层测压孔的 下转第 8 0页 8 0 童 娃茬 钟j 丈 2 o 17 年 第 l 1 期 2 ． 3 底板 爆 破 防 冲措 施 防治冲击地压需要考虑到方方面面的情况 ，进 行综合施策。水力致裂可以破坏顶板岩体的整体性 ， 使其不容易集聚应力，不会突然爆发形成冲击地压 ， 巷道两帮施工卸压孔又在降低两帮煤岩体的整体性 及应力 的缓存上做足 了功夫。因 8 1 0 5工作面 5 1 0 5 巷超前支护底鼓严重 ，所以在 8 1 0 3 工作面及 8 1 0 5 工作面采取了底板爆破防冲措施 ，如 8 1 0 5 工作面 在采位 9 5 0 ～ 1 0 5 0 m范围内实施底板卸压爆破。每个 爆破孔装药 3 k g ，爆破孔共 2 1 个 ，底板卸压爆破孔 距煤柱侧帮 1 ． 5 m 孔径 5 0 mm，垂深 5 m，朝进巷 方向倾斜 3 0 。 ，间距 5 m。 上述各项防冲击地压措施的使用，有效地防治 了冲击地压的发生，迄今为止没有发生过危险性冲 击地 压。 3结论 1 基于地质动力学基本原理 ，从大同矿 区 的地质动力条件出发 ，明确大同矿区的地质动力条 件及其对井 田冲击地压的影响作用，分析区域构造 特征、构造应力对冲击地压的影响作用 ，揭示冲击 地压的发生机理，确定冲击地压防治方案 ，同时结 合优化采掘布置及开采技术参数等 ，逐步实现了对 冲击地压的有效控制及防治。 2 优化了采掘布置、 开采顺序、 开采深度等。 设计 回采巷道布置方向与最大主应力方向夹角应不 大于 3 0 o；开采顺序应先开采井 田的应力降低区， 再开采应力升高区；工作面 日推进速度宜由 6 ． 2 m／ d 减低至 4 ． 8 m ／ d ；在覆岩大结构破坏的区间内，减少 放煤量或不放煤从而人为地控制冲击地压的形成和 发生等。 3 对 冲击地压的深人研究以及综合治理技 术的实践应用 ，在冲击地压的治理上积累了宝贵的 经验 ，为实现千万吨矿井的安全 、高效生产提供理 论指导和技术保障，也为类似条件矿井的安全高效 的生产提供借鉴。 【 参考书目】 [ 1 ] 潘一 山 ． 我 国冲 击地 压分 布、 类型、机 理 及 防治研 究 [ J ] ． 岩 石 力学 与 工程 学报，2 0 0 3 ， 2 2 1 1 1 8 4 4 1 8 5 1 ． [ 2] 陈刚 ， 李焱 ． 冲击地压预测系统的设计与实现 [ J ] ． 辽宁工程技术大学学报，2 0 0 3 ， 2 2 5 6 2 1 ． 6 2 3 ． [ 3] 秦玉红 ， 窦林名 ， 牟宗龙 ． 义马千秋煤矿冲击地压 危险性分析 [ J ] ． 贵州工业大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 4 ，3 3 1 3 0 3 1 ． 上接 第 7 7页 施工及封孔 。 2抽采区负责 8 6 0 m水平二、八采区 9 煤 层测压孔的施工及封孔。 3生产科尽快安排就近队组施工突出鉴定 所需巷道工程① 1 2 6 0 8 运煤平巷 4 煤联络巷； ② 2 8 8 0 8低抽巷开口 9 煤层 ；③八采二号区域 预抽巷 9 煤层联络巷；④ 2 8 2 0 6 低抽巷正前右帮低 洼处水窝 煤层底板下 1 ． 5 m。 4二采 区准备二队负责测点处风水管路 的 三通安装事宜。 6 安全管理技术措施 6 ． 1 提高员工的安全生产技 能 在瓦斯抽采和钻孔封孔过程中，操作人员的安 全素质和安全技能十分重要。有的操作人员文化水 平不高，经过短时间的安全培训进入工作岗位的， 应该对他们进行针对性地安全教育培训 ，让他们熟 悉操作规程 ，掌握安全技能，严格按照规章制度去 操作。对一些操作熟练的老员工 ，加强安全教育， 发挥骨干作用 ，落实安全措施 ，营造一个安全的操 作环境 『 4 】 。 6 ． 2 加 大安 全检 查 力度 严格落实各个层级的安全责任，加大对生产各 个环节的检查力度，实施严格的奖惩制度 ，保证各 项安全措施落实到位，确保打钻、封孔、抽采质量 和效果 。 【 参考文献 】 [ 1 ] 孙晓军 ． 直接法测定煤层残余 瓦斯压力的实践应 用 [ J ] ． 能源技术与管理，2 0 1 5 ，4 0 2 4 1 4 2 ． [ 2] 方前程，黄 渊跃，刘 学服 ． 坦 家冲矿 瓦斯抽放 钻 孔 封 孔 工 艺技 术研 究 [ J 】 ． 中 国煤 炭 ，2 0 1 2 ， 3 8 2 1 0 6 1 0 8 ． [ 3] 杨宏民，郭怀广，王兆丰 ． 本煤层测压多级 变径 封 孔 试 验 研 究 [ J ] ． 煤 炭技 术 ，2 0 1 1 ，3 0 7 8 5 - 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