二次封孔技术在山脚树矿的应用.pdf

S e r i a l N o ． 5 1 5 Ma r c h ． 2 0 1 2 现代矿业 M0RD EN MI N I NG 二次封孔技术在 山脚树矿的应用 总 第 5 1 5 期 2 0 1 2 年 3月第 3期 董代安 胡东亮 王圣程 1 ． 贵州盘江煤电股份有限公司山脚树矿 ； 2 ． 中国矿业大学安全工程学院 摘要针对山脚树矿存在的钻孔漏风严重、 瓦斯抽采浓度低的问题 ， 提 出了二 次封孔技术。 介绍了二次封孔的基本原理及为期 4个月的现场工业性试验。结果表明 二次封孔技术能有效封 堵煤层钻孔附近的裂隙， 阻隔外界 空气的进入 ， 减少漏风 ， 使 瓦斯抽采浓度平均提 高了2 3 ． 9 ％。为 我 国煤层 瓦斯抽采提供 了新的选择方案， 具有广阔的推广应 用前景。 关键词 瓦斯抽采二次封孔应用 瓦斯抽采是治理矿井瓦斯和防止煤与瓦斯突出 事故发生 的根本性措施。我国煤矿瓦斯抽采量大幅 度增长， 2 0 1 1 年煤矿瓦斯抽采量达 1 1 5亿 113 ， 同比 分别增加 3 6 ． 7 ％。但是在瓦斯抽采过程 中还存 在 着许多问题， 其中封孔质量是决定瓦斯抽采效果的 关键⋯。目前， 我国煤矿瓦斯抽采钻孔的封孔技术 主要有 人工或机械注水泥砂浆封孔 、 发泡聚合材料 封孔 和封孔器封孔 等。这些封孔方法都存在 在抽采瓦斯一段时间后， 煤体发生变形和收缩， 巷道 中的空气通过钻孔周 围的节理裂 隙进入到钻孔 中， 使瓦斯抽采浓度降低， 且衰减速度快， 造成煤层瓦斯 抽采不达标 ， 严重影响煤矿安全生产 ， 是提高及落实 “ 先抽后采 ” 瓦斯治理 的瓶颈 。 为此 ， 贵州盘江煤电山脚树矿根据其煤层条件 ， 提出了二次封孔技术 ， 取得了显著效果。 1 矿井及工作面概况 山脚树矿位于贵州省六盘水市盘县特 区断江 镇 ， 距盘县 3 0 k m， 水城 1 6 9 k m， 贵阳 3 6 5 k m， 昆明 3 3 6 k m。隶属盘江煤 电 集 团 公 司。根据 贵州省 煤炭管理局文件“ 黔煤生字 [ 2 0 0 7 ] 4 5 2号” 对 盘江 煤电 集团公司煤矿 2 0 0 7年度矿井瓦斯等级鉴定 报告 的批复， 山脚树矿为高瓦斯矿井。2 0 0 8年经 中国矿业大学煤与瓦斯突出鉴定 ， 确认为突出矿井 。 实施封孔试验的地点位于山脚树矿南井 2 1 1 2 9 工作面运输巷 ， 所在煤层为 1 2 煤层 ， 该工作面相应 地表位于大白岩村东北部约 2 0 0 13 1 ， 工作面距地表 垂深 4 3 4～ 5 1 4 m， 北部为 2 1 5石门和 2 1 1 0 9外上山， 南部为 2 1 1 0 9切眼下方 ， 西部为 2 1 1 2 7采空区， 东部 董代安 1 9 7 1 一 ， 工程师， 机电矿长， 5 5 3 5 3 3贵州省盘县断江 至 1 2 4 0 m标高 ， 顶部为已回采完毕的2 1 1 0 7采空 区和 2 1 1 0 9采空 区。1 2 煤层为复杂结构 ， 含夹矸 1 ． 2层 ， 半亮型， 块状、 粉粒状 ， 煤层有局部增厚现象。 承压 区内瓦斯绝对涌 出量 7 0 m ／ mi n ， 卸压 区内瓦 斯绝对涌出量为 3 5 m ／ mi n ， 煤尘具有爆炸性。 2 二次封孔技术原理 二次封孔技术 的现场实施过程 中分 为两个 阶 段 ， 即第一次封孔阶段和第二次封孔阶段 。 2 ． 1 第一次封孔阶段 采用在巷道松动圈以外的位置发泡马丽散聚氨 酯进行钻孔密封， 封孑 L 深度一 般为 8～9 1 1 3 ， 封孔长 度为 34 m。其工艺为 打完钻孔后 ， 在抽采管上 卷缠棉纱 3 ～ 4 m， 然后浇注马丽散聚氨酯， 棉纱充 分吸收混合均匀后将其送人钻孑 L 。马丽散聚氨酯封 孔剂在钻孔中体积膨胀将钻孔密封 ， 在钻孔孔 口用 棉纱 固定住 ， 然后连接瓦斯抽采管路进行第一阶段 的瓦斯抽采。 2 ． 2 第二次封孔阶段 第一次封孔阶段结束后 ， 经过短时间的瓦斯抽 采 ， 钻孔周围的煤体在受力不均匀的情况下 ， 导致钻 孔周边煤体裂隙迅速扩张 、 发育 ， 此时巷道内空气在 抽采负压的作用下通 过裂隙通道进 入到抽采钻孔 内， 导致瓦斯抽采浓度大幅度下降， 缩短了有效抽采 期。为了大幅度提 高瓦斯抽 采浓度 ， 延长抽采钻孔 的有效抽采期， 提高钻孔的利用率， 还需要进行第二 次封孔。封孔工艺为 用一定压力空气将微细膨胀 粉料吹入瓦斯抽采钻孔 中， 微细膨胀粉料在瓦斯抽 采泵负压作用下进入钻孔周边的裂 隙场 内， 裂隙内 气体的流动阻力增加， 漏风裂隙减少， 巷道内空气导 入困难， 减少钻孔漏风量， 当粉料充满钻孔后封严孔 口， 第二次封孔阶段结束 J 。图 l 为二次封孔技术 1 1 5 总第 5 1 5期 现代矿业 2 0 1 2年 3月第 3期 实施的示意 图。 4 6 ， 图 1 二次封孔示意 1 一煤层钻孔； 2 一抽放管； 3 一阀门； 4 一赛瑞材料； 5 一微细膨胀粉料； 6 一裂隙群 ； 7 一煤体 ； 8 一孔 口； 9 一粉料输送管 3 二次 封孔技术应用 山脚树煤矿封孔工艺采用的是卷缠马丽散药液 法 ， 封孔深度 8 m， 钻孔漏气严重 ， 经过 1 5～2 0 d的 抽采， 抽采瓦斯浓度由初期的 3 0 ％ 一 7 0 ％降低到 1 0 ％ ～ 3 0 ％， 钻孔有效抽采期偏短， 严重影响了山脚 树矿附近民用瓦斯的供应； 同时， 大量的瓦斯不能被 抽出， 在采掘过程 中易出现瓦斯超 限， 给矿井 的安 全 、 高效生产带来隐患。 3 ． 1 设计方案 在 2 1 1 2 9工作面选择 4 4个钻孔 ， 其 中二次封孔 技术试验组 2 2个 ， 对照原封孑 L 方法封孑 L 2 2个。封 孔时间同步， 浓度观测同步。钻孔参数设计见表 1 。 表 1 钻孔参数设计 3 ． 2实施方案 山脚树矿实施二次封孑 L 技术 ， 封孑 L 工艺示意图 见图 2 。 图 2 二次封孔现场 实施示意 1 一抽采管； 2 一粉料输送管； 3 一除尘管； 4 一阀门； 5 一观察孔； 6 ， 7 一挡板或棉纱； 8 一花管段； 9 一钻孔 1 第一次封孔阶段。①把封孔材料聚氨酯、 吸料棉纱、 瓦斯抽采管和铁丝运到煤矿井下的封孔 地点， 待钻到设计深度后立即进行密封； ②按图2 所 1 1 6 示 ， 在抽采管 4～ 8 m处缠绕4 m棉纱 即 L 段 ， 然 后用铁丝绑紧， 吸料棉纱要蓬松且粗细适中， 以利于 吸收聚氨酯封孔材料， 易于抽采管送人钻孔； ③将聚 氨酯封孔材料浇在绑好 的棉纱上 ， 封孔材料浇透、 均 匀后送入到钻孔 的指定位置 ， 保证达到二次封孔要 求的设计深度， 用于棉纱堵住钻孔孔口； ④钻孔被密 封后， 测定钻孔的自然流量； ⑤把抽采管接到抽采系 统 ， 每天记录钻孔的瓦斯抽采浓度和流量 ， 当瓦斯浓 度降到二次封孔要求浓度时进行第二次封孔。 2 第二次封孔阶段。①将微细膨胀粉料输送 管插入钻孔的预留段 ， 并用聚氨酯封孑 L 材料将其 固 定 ， 形成密闭预 留 L 段 ， 连接微细膨胀粉料输送管 连接到粉料输送机； ②将煤矿井下压风管与粉料输 送机相 连 ， 打 压开 风 管 阀 门， 保 持 风 压 在 0 ． 1 0 ． 4 M P a ， 在高压气体作用下微细膨胀粉料进入钻 孔， 即第二次封孔； ③继续观察瓦斯抽采浓度和流 量， 进行数据的统计分析， 指导下一阶段的瓦斯抽 采。 3 ． 3 效果考察及分析 根据山脚树矿二次封孔技术 的数据记录 ， 进行 单孔瓦斯抽采量对 比， 见表 2 。 表 2 单孔瓦斯抽采量对比 从表2的数据可以得出， 二次封孔技术实施以 后， 后期瓦斯抽采的平均浓度提高了2 3 ． 9 ％， 单孔 瓦斯抽采流量增加了 1 8 5 3 ． 4 m ， 说 明二次封孑 L 技 术是成功有效的。 二次封孔技术使煤体中可解析瓦斯量达到 煤 矿瓦斯抽采基本指标 A Q 1 0 2 6 --2 0 0 6 标准， 有效 地解决了山脚树矿瓦斯抽采困难问题， 避免了工作 面回采过程中瓦斯超限现象 的出现， 有效地保证了 煤矿安全， 为煤矿安全高效生产奠定了基础。 4 结论 二次封孔是一种新 型封孔技术 ， 它能在瓦斯抽 采浓度下降到一定程度后有效封堵煤层钻孔附近的 裂隙， 阻隔外界空气的进入， 减少漏风， 使瓦斯抽采 平均浓度提高2 3 ． 9 ％， 提高了钻孔的利用率， 保证 了工作面回采安全、 高效地进行。该技术对高瓦斯 矿井的瓦斯抽采具有指导意义 。 下转第 1 2 7页 王国强 方 明 辽宁鞍本地区铁矿石选矿研究 2 0 1 2年 3月第 3期 段磨矿、 两段弱磁选 的工艺流程对 3种不 同类型 的 矿石做选别工艺流程试验 ， 工艺流程见图 2 。 原 矿 一 次溢流 2 0 0 目6 0 ． 5 ％ 弱磁选1 精矿 尾矿 图 2 矿石选别工艺流程 3种类型矿石的选别工艺指标对 比见表 3 。 表 3 不 同类型矿石选别指标对 比 ％ 从表 3可 以看出 原生矿选别指标最好 ， 原矿 品 位 3 2 ． 4 9 ％ ， 选别后精矿 品位达到 6 8 ． 1 9 ％ ， 尾矿 品 位只有 3 ． 3 5 ％ ， 金属 回收率很高 ， 属易选磁铁矿石 ， 其产品金属量主要富集在 1 5 4 7 6 m、 5 6～ 4 3 m、 一 1 0 m粒级间， 终尾各级 品位差别不大 ， 均较低 ， 金属 在 尾 矿 中 流 失 很 少。半 氧 化 矿 原 矿 品 位 2 8 ． 3 1 ％， 选别后精矿品位达到 6 7 ． 3 2 ％， 尾矿品位只 有9 ． 1 0 ％， 精矿品位比原生矿精矿品位低了0 ． 8 7 ％， 尾矿品位高了5 ． 7 5 ％， 金属回收率为7 8 ． 4 7 ％。半氧 化矿相对于原生矿选矿指标差些 ， 其产品金属量主要 富集在 1 5 4～ 7 6 m、 5 6～ 4 3 m粒级间， 终尾矿 7 6～ 5 6 m粒级 品位较高 ， 为4 0 ． 5 3 ％ ， 金属在 一 1 0 a , n a 粒 级流失较 大， 占总尾 矿 近 3 0 ％。氧 化矿 原矿 品位 3 2 ． 6 3 ％， 选别后精矿品位达到 6 6 ． 2 2 ％ ， 尾矿品位较 高， 达 2 1 ． 1 8 ％， 尾矿金属流失严重 ， 精矿金属 回收率 只有 5 1 ． 5 9 ％， 其 产 品金 属 量 主 要 富 集 在 1 5 4～ 7 6 m、 5 6～4 3 m、一l 0 m间， 终 尾 一 2 0 0目含 量 6 2 ． 0 2 ％， 一l 0 m含量2 9 ． 8 9 ％ ， 7 6～ 5 6 m粒级品位 较高， 为 4 8 ． 6 3 ％， 金属在 一1 0 m粒级 流失较 大。 氧化矿主要是 由于该类型矿石 中含有较大 的赤 铁 矿、 褐铁矿、 并且硅酸铁 、 碳酸铁的含量也较高 ， 这部 分铁矿物均流失在尾矿当中， 导致尾矿品位偏高， 氧 化矿是以上 3种矿石 中选别指标最差的矿石。 3 结语 3种不同类型 的矿石 ， 从精矿质量、 尾矿 品位 、 金属回收率等方面比较， 选别指标存在很大差异， 其 中氧化矿选别指标最差 ， 属难选矿石类型 ， 因此 ， 在 矿石开采的过程中， 应根据不同矿石类型的空 间分 布 ， 做好开采计划 ， 将难选矿石和易选矿石按比例开 采 ， 合理配矿 ， 特别是对氧化矿石人选时给予一定量 的限制， 避免大量难选矿石 同时给人生产 ， 使产品指 标产生波动 ， 影响精矿产品质量的稳定性。 参考文献 [ 1 ] 王毓华， 任建伟． 阴阳离子捕收剂反浮选褐铁矿试验研究[ J ] ． 矿产保护与利用， 2 0 0 4 4 3 3 _ 3 5 ． [ 2 ] 选矿手册 编辑委员会． 选矿手册[ M] ． 北京 台 金矿业出版 社 ． 2 0 0 5 ． 收稿 日期 2 0 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