突出危险工作忙应力降低区浅孔瓦斯抽放技术.pdf

第3 4 卷 第1 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 6 年1 月 突出危险工作面应力降低 区浅孔瓦斯抽放技术 卫 修君 平顶山煤业 集团有限责任公司，河南 平顶山4 6 7 0 0 0 摘 要介绍了在平顶山四矿丁 ． 一 1 9 2 0 0突出危险采煤工作面，在采动应力降低区内采用浅孔瓦 斯抽放技术，使平均百米钻孔瓦斯抽放置比传统开采层抽放技术提高2 4倍，有效解决了瓦斯对工 作面正常生产的制约和影响，确保了矿井安全生产。 关键词应力降低区；浅孔抽放；瓦斯抽放 中图分类号T D 7 1 2 ． 6 文献标识码B 文章编号0 2 5 3- 2 3 3 6 2 0 0 6 0 1 0 0 5 6 0 2 Ga s d r a i n a g e t e c h n o l o g y wi t h s h o r t b o r e h o l e s i n s t r e s s r e d u c e d a r e a o f c o a l mi n i n g f a c e wi t h p o t e n t i a l o u t b u r s t d a n g e r WE I X i u - j u n P i n g d in g s h a n C o a l Mi n i n g G r o u p C o r p o r a t i o n L t d ． ， P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 0，C h i n a 预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出的区域性措 施。但随着煤层埋藏深度的增加，地应力增大，抽 放钻孔塌孔并被压实，再加上煤层透气性较低，抽 放效果很差。平煤集团四矿是一个高突矿井，目前 采深均在 8 0 0 m以上。开采层 瓦斯抽放率不足 1 0 ％， 百米开采层顺层钻孔瓦斯抽放量只有 0 ． 0 1 3 m ／ m i n 。如何提高抽放效果，杜绝煤与瓦斯突出 事故。降低回风流瓦斯浓度是急需解决的问题。利 用工作面前方煤体受采动应力降低后透气性显著提 高这一特性，研究应用了应力降低区浅孔抽放技 术 ，取得了良好效果 。 1 应力降低区抽放原理 采煤工作面前方支撑压力可分为3 个区，即原 始应力区、集中应力区和应力降低区。① 原始应 力区未受采动影响，处于三向应力平衡状态；② 应力集中区位于煤壁前方6 2 0 m范围，其峰值在 煤壁前方 81 0 m左右，应力集 中区不但地应力 大，也潜伏着高能瓦斯，是发生煤与瓦斯突出的策 源地，也是防突的关键；③ 应力降低区位于煤壁 前方2 ～ 6 m范围，受超前动压作用后，该区煤体 结构受到破坏，煤层应力降低充分，应力明显降 低，煤层透气性明显提高，大量吸附瓦斯转变为游 离瓦斯。因此，在此区域内实施瓦斯抽放，可显著 56 提高抽放效果，降低工作面生产时的瓦斯涌出，防 止发生煤与瓦斯突出。 2 抽放工艺 2 ． 1 抽放 系统及抽放方法 以平煤集团四矿丁 一 一 1 9 2 0 0工作面为例，利 用采区抽放泵站系统。抽放泵为 2台 2 B E A一 2 5 3 型水循环真空泵，最大抽排能力 2 4 0 m ／ m i n ， 下山干管直径为 2 0 0 m m薄壁管，风巷支管直径为 1 5 0 m m薄壁管，工作面沿支架架箱敷设一趟直径 为 1 5 0 m m脉吸管，每 1 0 m设一个多通接头，每 个接口用直径为 2 5 m m软胶管连接一个封孔器， 每架一个，对应插入煤壁前方超前钻孔内，形成工 作面抽放系统。结合工作面劳动组织和作业方式， 在检修班安排专人分段完成工作面抽放钻孔打钻任 务。每打成一个钻孔即封孔连管抽放。生产班割煤 时停抽，拔出封孔器及抽放软管，关闭阀门，放回 架箱 内。 2 ． 2 抽放钻孔布置 丁 一 一 1 9 2 0 0综采工作面为突出危险工作面， 超前抽放钻孔作为防突措施孔，孔深 9 ． 2 m以上， 预留5 m超前距，孔径8 9 m ill ，孔间距 1 ． 5 m即每 架一孔，沿工作面走向布置在软分层中。每循环共 打8 9 个钻孔，累计孔深 8 1 9 m 。戊。 一1 9 2 2 0综采 维普资讯 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 第3 4 卷 第1 期 煤炭科学技术 2 0 0 6 年1 月 工作面为高瓦斯工作面，无突出危险。沿工作面每 架布置一个直径 8 9 m m 、深 6 m的钻孔， 采 面上、 下两端各留 1 5 m不打孔。每循环共打 1 0 0 个钻孔， 累计孔深 6 0 0 m。 2 ． 3 封孔工艺及封孔器 封孔工艺要求操作简便、快速、实用。封孔质 量直接影响抽放效果。最初采用在直径 2 5 m m软 a 静压沣水式 管末端捆上纱窗，并用湿煤封孔，效果不好。为 此 ，先后研制了静压注水式、锥形胶囊式和高弹伸 缩式3种封孔器，如图 l 所示。利用封孔器封孔抽 放效果明显提高。3 种封孔器各有优缺点，可根据 具体条件选用。尤以S T F一1 型高弹伸缩式封孔器 兼具有质量轻、使用方便、适应性强、封孔效果好 等诸多优点，有进一步推广应用价值。 b 锥形胶囊式 c 高弹伸缩式 图1 各武封孔器结构 l 一快速接头； 2 一阀门； 3 一抽气管； 4 一定位销； 5 一弹性充填料；6 一集气孔 带滤网 ；7 一抽放钻孔；8 一橡胶外套； 9 一外接胶管； l O 一推压手柄；1 l 一定位滑槽；l 2 一孔口支撑架； 1 3 一活动挡盘；l 4 一高弹橡胶柱；l 5 一压缩后橡胶柱；l 6 一固定挡盘 2 ． 4 提高抽放效果的措施 根据工作面具体条件，可采用以下措施提高抽 放效果 1 提高抽放负压。工作面浅孔抽放时应采 用独立的抽放系统 ，以确保孔 口负压在 2 k P a以 上 。 2 提高封孔效果，确保封孔质量。封孔质 量是提高抽放效果的关键。不仅要选用合适的封孔 器，还必须按要求正确使用，确保每个孔都封严、 封实。 3 加强抽放系统管理。工作面浅孔抽放管 理较为复杂，抽放时必须安排专人负责检查管路， 发现漏气、堵塞等现象及时处理。 4 改进布孔方式和打钻顺序。前后 2 个循 环孔口位置相错半个孔间距，交错布孔，以提高透 气性。根据工作面瓦斯分布不均衡性，对瓦斯涌出 量大、打钻时喷孔严重地段先打先抽，以延长有效 抽放时间。 5 对部分抽放时间短或主机割煤后孔口成 型仍较好且孔内瓦斯浓度仍较高的钻孔可重新封孔 继续抽放。 3 抽放效果 1 实施应力降低区浅孔抽放后，突出危险 工作面杜绝了煤与瓦斯突出事故，实现了安全生 产。 2 工作面回风流中平均瓦斯浓度由 0 ． 9 5 ％ 降至0 ． 7 ％以下；浅孔抽放班泵站最大抽放浓度达 2 5 ％以上，是开采层抽放的3倍以上。日 抽放量由 1 9 0 0 m 提高到4 3 2 0 m ；抽放率由开采层顺层预 抽的1 0 ％提高到 2 2 ． 7 ％，提高近 1 ． 3 倍。 3 应用 Ⅵ B型便携式瓦斯抽放多参数测 定仪和孔板等仪器测定，应力降低区浅孔抽放孔口 负压在 1 ． 6 7 ． 4 8 k P a 之间． 单孔混合流量为0 ． 0 8 0 ． 3 8 9 m ／ ra i n ，单孔 纯流量 为 0 ． 0 1 10 ． 0 4 5 rll ／ ra in 。平均百米钻孔瓦斯抽放量为0 ． 3 l 一 0 ． 3 7 5 m ／ m in ，是开采层顺层钻孔预抽的2 3 ． 8 2 8 ． 8 倍。 4 实施应力降低 区浅孔抽放后，有效解决 了瓦斯对工作面正常生产的制约和影响，工作面平 均单产提高2 ． 2 万 t ／ ， 月。 4 结 论 1 高突工作面采动应力降低区浅孔抽放技 术可行、系统可靠、效果明显。 2 应力降低区抽放不仅可有效提高超前排 放钻孔瓦斯排放效果，显著降低煤与瓦斯突出危险 性， 还较好地解决了打钻和生产过程中的瓦斯超限 问题，是针对回采工作面制约生产力问题最直接有 效的抽放方法，是瓦斯抽放方法的一种创新。 3 抽放负压和封孔质量是影响抽放效果的 重要因素。除加强抽放系统管理和检查外，封孔器 下转第 7 2 页 5 7 维普资讯 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 第 3 4 卷 第 1 期 煤炭科学技术 2 0 0 6 年1 月 性，而且大体相当于 2 ～ 3个周期来压步距，即3 6 6 6 m。 4 矿震防治技术研究及治理措施 鲍店煤矿矿震事故发生后，兖矿集团先后组织 有关人员到抚顺矿务局老虎台矿、大同矿务局等单 位进行调研。委托山东省地震局在鲍店矿设立了震 情流动观测站，对矿震进行实时监测。与高等院 校、科研机构合作 开展 了矿震专题研究，目前 “ 矿震台网建设” 、“ 矿震震源机理研究”两个研究 课题正在实施之中，“ 采空区大结构失稳冲击灾害 防治研究” 、“ 大面积采空区有害气体控制技术研 究”两个课题即将启动。目前，正计划引进微震 监测等国外先进设备用于矿震防治研究。 针对 2 0 0 4年 9月6日密闭墙被摧毁后出现飓 风等情况，采取了多层锚杆挂金属网加多层砂袋的 密闭墒的措施， 并加强采空区气体监测，防止了灾 害进一步发生。对于 1 0 3 0 4工作面开采期间多次 出现震级较大的矿震现象，采取了严格控制开采速 度等措施，保证工作面匀速推进，日进尺不超过 6 m 。同时采取钻屑法、电磁辐射监测以及钻孔卸压 等综合措施进行危险监测和卸压治理，实现了安全 开采 。 5 认识与体会 结合兖州矿区冲击地压、矿震防治研究及治理 实践，主要有以下体会 1 厚状坚硬顶板是产生矿震的地质条件。鲍 店煤矿除煤层上方赋存有坚硬的基本顶，形成正常 的工作面来压外，在煤层上部 9 1 m处还赋存厚度 达9 4 ． 2 7 m的中砂岩，这是造成基本顶多次活动的 重要原因。 2 不规则煤柱造成顶板不规则活动，是产生 矿震的重要原因。由于村庄搬迁以及地质构造影响 等历史原因，兖州矿区个别矿井在井田中遗留了少 量不规则煤柱，这些煤柱上方的顶板难以正常冒 落，造成较大面积的悬顶，在受到扰动时易出现突 然垮落，从而产生矿震现象。 3 优化矿井开采布局，合理安排开采顺序、 控制开采速度，是防治矿震发生的根本措施。优化 矿井开采布局，尽量杜绝或减少各类不规则煤柱， 合理安排开采顺序，是避免产生应力集中，或对悬 露顶板造成扰动诱发矿震灾害的有效措施。工作面 推进速度对坚硬顶板的垮落有较大影响，开采速度 较快时易使顶板突然垮落而产生矿震灾害，而较慢 的匀速开采对控制顶板的规则垮落较为有利。 4 进一步研究矿震的发生机理和规律，采取 更加有效的防范治理措施。研究的主要方向一是 煤层上方坚硬顶板的活动规律、监测及控制技术； 二是大面积采空区顶板垮落与矿震之间的关系，断 层、向斜及背斜等地质构造、煤柱尺寸及形状对顶 板垮落及矿震的影响等。 作者简介黄福昌 1 9 6 1 一 ，男，山东昌邑人，研究员。现 任兖矿集团有 限公司总工程师。联系人 曲延伦，T e l 0 5 3 7 5 3 8 2 9 4 4 收稿日期2 0 0 51 01 0；责任编辑朱栓成 上接第5 7页 至关重要。经过反复对比试验，S T F一1 型高弹伸 缩式封孔器优点突出，效果理想。静压注水式封孔 器在实施抽放后可进行煤体注水，实现一孔两用。 应力降低区浅孔抽放技术亦可应用于突出危险 或高瓦斯掘进工作面，实施先抽后掘，以提高防突 效果，解决爆破引起掘进工作面瓦斯超限问题。目 前，正在进一步进行这方面的研究试验工作。 参考文献 [ 1 ] 张铁岗．矿井瓦斯综合治理技术 [ M] ．北京煤炭工业出 版社 。2 0 0 1 ． 7 2 [ 2 ] 陈国新．煤矿瓦斯抽放技术与分析 [ J ] ． 煤矿安全，】 9 9 5 5 ． [ 3 ] 周世宁，林柏泉．煤层瓦斯赋存与流动理论 [ M] ．北京 煤炭工业出版社 ，1 9 9 6 ． [ 4 ] 俞启香．矿井瓦斯防治 [ M] ． 徐州中国矿业大学出版社， 】 9 9 2 作者简介卫修君 1 9 5 3一 。男，河南唐河人 ，高级工程师 教授级 ，现任平顶山煤业 集团有限责任公司总工程师 T e l 0 3 7 52 7 2 41 51，E ma i l g a I l g h u a l i u 1 6 3 ． c D m 收稿 日期2 0 0 51 01 0；责任编辑曾康生 维普资讯 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全