预抽瓦斯防突的实践与效果.PDF

C 预 抽 瓦斯 防 突 的实 践 与 效果 者枝矿务局 通风 处田儒 家 【 摘要 l煤 与 瓦斯 突出是 突 出矿 井的主要灾 害之 一，对安全 生产威胁很 大 。认真研 究突 出规 律 ，择优 选 用防突技术措施是 防突 的基 本任 务 。为此 ， 本文 对 六枝 矿 区开展 预 抽 瓦斯 防 突 的 实 践 与 效 果 进 行 了分 折 和 总 结 ，得 出 j 预抽 瓦新 防突的考察 有效性指 标 ，使 预抽 瓦斯防突 日趋科 学化 管理 。与此 同 时 ，对在预抽 瓦斯 防突方 面的若干 技术 性 问题进行 了深 入探 讨 ，更加 明确 j 今后 的努力方 向。 矿井预抽 煤层 瓦斯 ，是防治煤 与瓦斯 突出 ．改善井下作业条 件，保障 安生生产 的重要措施 。六枝矿 区由于 认真坚持 安 全 第一 ， 以抽 防突”的方针 ，使矿井安 全 生产 稳步发展 。 一 、矿区煤层概况 矿 区内共有六个主要地质构 造单 元， 地层 以三 迭系及二迭系 分布最广 ．地层岩 性主要 以灰 岩 ，页岩及泥岩为主 。煤系为 上 二迭统龙潭组，主采煤层为 7号和 1 8 号 煤 层，局 部可 采煤层为1 号 、3 号 ，1 7 号 、 】 9 号和 3 0 号煤层 。煤层顶 板多为石灰岩 ， 瓦 斯赋存条件较好 ，煤层原 始透气性差 ， 矿 区内所有 煤层均为煤 与瓦 斯突出煤层 ， 其 中 7号和l 8 号煤 层为主突煤 层， 7号煤 层 为严重突出惫险 煤层 。截 至 1 9 8 9年 底 止，矿 区共发生 煤与瓦斯 突出 3 4 5次 ，最 大 突出强度为2 0 7 8 t ，最大涌 出瓦斯 量 为 1 3 0 0 km8 。按 煤层突 出类别计 ，突 出 主 要 发生在 7号和 l 8 号煤层中 ， 分 别 突 出 2 5 6 次和2 3 次， 占突出总次数的 7 4 ． 2 册 和 8． 6 7 啦 ，对矿 井安全生产 威胁最大 。按巷 遭突出类别计 ．突 出发生在平巷和上 山的 分别为 1 8 6 次和9 6 次 。 占 突 出总次 数 的 5 0 ． 9 l 和2 7 ． 8 3 劬，这 是开展防突工作的 重 点 。 二、预抽瓦斯防突实践 为了解 决采 掘生产过程 中瓦斯突 出的 威胁，自1 9 7 5 年以来，各矿先后建立了矿 井抽 放瓦斯系 统。根据矿井开采条件 ，分 别采用 了开采解放 层结合抽 放瓦 斯措施 ， 水力 冲孔结合抽放瓦 斯措施 穿层钻孔预 抽瓦 斯措施 ，边掘边抽及边 采边 抽瓦斯措 施 。在 突出煤层 中凡经 预抽 过的区域 ，均 有效 地控制 了突出事故 的发生 ．实现 了安 全生 产。 1，预抽瓦斯方法 六 枝矿 区各矿井都是采用钻孔法抽 放 突出煤层瓦斯 ，有穿 层和 顺层钻孔 两种 布 孔方法 。 1在具有突出危险的 7号和 1 8 号 煤层之底 板或顶板一 定距离 布置专用岩石 抽放瓦 斯巷道 且按 1 5 2 5 m走 向间距向 煤层方向 布置岩石钻场 ．每个钻场设计 6 一 l 5 个穿层钻 孔，呈上 、中，下 三排 扇形 状均 匀布置 。钻孔 孔底定向 间距为 7 8 m．钻孔 直径 为7 5 1 1 1 m，穿透煤层并进八 顶 或底板0 ． 3 m以上。由于 钻孔 与煤 层层 面垂直布置 ．使瓦斯易于皓层面流 八 钻 孔，有利 于提高抽放瓦斯效果 。 21 维普资讯 2对于具有严重突 出危险 的 7号 煤层 ，当底板或顶扳穿层钻孔没 有达 到预 抽瓦斯效果时 ，则分别 在 回风 巷 ， 一中 巷 、二 中巷 及机 巷位 置 ，按 2 0 2 5 m走 向 间 距布 置煤层钻 场，每个 钻场设计 3 6 个 顶层 钻孔 ，呈 单排或双排 扇形状 均匀布 置。 钻孔 孔底 走向间距为 5 7 m ， 钻孔直 径为7 5 m m，钻 孔深 度为2 5 5 O m。在回 飘巷 遭布景下 向顺 层钻孔 ，在一中 巷、二 中巷 及机 巷布置上向顺 层钻孔 。由于钻孔 顺层 布置 ，采用下 向钻 孔易于瓦斯流动 ， 有利 于提高 抽放瓦斯效果 。 2、预 抽瓦斯 防突的应用 条件 1凡有解放屡可采 上或下解放 层 的矿井，必须首先开采解 放层，然后 结合区域 性卸压预抽瓦斯 措施 以实现 防突 之目的 ． 如六棱 ， 地宗及凉水井矿 便是 ．他 们主要 是开 采 1号及 3号煤层解 放 7号煤 层 ，开采 1 6 号及l 7 号煤层解放 l 8 号 煤层 ． 均 是采用 上解放层开采 。并在卸压的 7 号 和I 8 号煤屡底板据专用岩石抽放巷打穿层 钻孔进 行预拈 突出煤层 卸压 瓦斯 。 2凡不具备开采解放层的矿 井 ， 在 突出 煤层掘进 之前 ，必须先 在突出掳 l 层 的底板掘专用 岩石抽放 巷打穿层钻孔预抽 突出煤层 瓦斯 以实现防突之 目的 ．如 四角 田，化 处及木 岗矿便是 ． - - 3 预抽瓦斯 防突的钻孔密度 由于预抽 瓦斯 的钻 孔密 度与抽放有效 时 间相关 二者成 反比例 函数关系 ，即 Q 孔 q 0 音 1 一 e 式 中 Q托一_钻孔累 计抽 出 瓦斯 量 ，m3 q 0 钻孔 初始瓦斯涌出量 ， m8 ／ m i “ ； a 一一 瓦斯 流l量衰减 系数 ，d 1 ； t 一一 预抽瓦斯 时间 ，d 。 ’ 2 品 ’ 对于钻 场流量而言 Q盼z n Q孔 nq i 卜e 一 式 中 Q场一一 钻场 累计抽 出瓦斯 量 ，m ； n 一一钻场 内钻孔个数 ，个 从上述两式可知 1 当钻孔密度低 ，印钻孔个 数 n 很小 时，Q场很小，即使 无限期延长 预 抽 一 时间，也 不可 能达 到预期的预 抽率 。 2随预抽 时间的增长 ，钻 孔累计 的抽放 瓦斯量增加 ， 并趋于某一极 限值 ， 但 其增长率 却呈下降趋势 。这就证 明了在一 定条件下，若任意地延长预拙时闽凳 【】 意义 不犬 。 3 为了使预抽 时间t 和预抽‘ 量Q场 最 佳匹配 ，则在 允许的抽放 时间 内，只有 增加钻孔密度，也就是增加钻孔数n。特 别是对于单一厚煤层，因 掘专 用 底 或 顶板岩石抽放 巷的岩石工程 量大 ，巷道 掘进成 本高 ， 必须 提高 抽放岩 巷及钻场 的使用 效率 如果煤 层原 始透气性低 ，只 有采取增加钻场内钻孔密度的措施才能达 到预 抽率 之 目的 ． 一 般 地 ，当预 抽对阅在一 年左右 ，并 能保持预抽率不小 于2 5 的特定条件 ， 对穿层钻孔数 目可 取为 ①若原压抽放瓦斯，按上、中 下三 排扇形状布孔 ，每排 4 5个，Ⅲ II 取 1“ i 为 1 2 5 , I 5 个 l 若卸压抽放瓦斯，投上 、中、下三 排扇形状布 孔 ，每 排 2 4个 ，则取 1 1 为 6一i 2 个 。 4，预抽瓦斯防突的考察指标 当采用预 抽瓦斯措施后 ，是 否达到 防 治煤与瓦斯突出的作用，这就必须进行严 肃的科学性考察，为此，六枝矿区采用 以 维普资讯 下综台考察指标 ，经实 践检验 是有效和可 靠的 其综 合考 察指 标是 I 瓦斯预抽率Y≥2 5 ％ ； 2瓦斯压 力P≤4 a t ； 3 煤体变 形E≥ 0 ． 6 ‰ 。 在上述指标 中，我们主要采用最富 敏 感性的瓦斯预抽率指标作为评 判依据 。 三、预抽瓦斯防突效果 六枝矿 区经过 多年 的预 抽瓦斯实践证 明 凡 是达 到预抽 目的的突出危险煤层区 域 ，在栗掘过程 中均来发生 煤 与瓦 斯突 出，其防突效 果相 当显著 。现略举诸侧加 以论证 。 铡 l，大 用矿预抽瓦 斯 防 袭效 果 。 1 9 8 2 年在大甩矿一水平 中央栗 区东部背斜 东侧挤压 区带内第三小 阶段 的1 1 T 5 2回 采工作面进 行了预抽瓦斯 防突试验 。该工 作面是开采 7号突 出 煤 层， 地 质构 造复 杂，断层 交错，煤层走 向褶曲甚多 。煤层 赋存变 化大 ，煤厚为 5一 1 0 m，平 均煤厚 为7 ． 8 0 m煤屡倾 角为3 l 。 左右 煤层台矸 3 1 0 层 ，厚 度为0 ． O 5 5 m。工作 面两 图 1 侧 已回采，应力 相 当集中，测 得瓦斯压力 为1 8 k g ／ c 1 7 1 3 。 谈 工作 面 走向 长 为3 1 0 m，倾斜长为7 2 m 利用1 1 7 5 2底 穰岩 石抽放巷 打穿 层钻 孔预抽 7号突 出堞层瓦 斯 。钻孔布 置如 图 1所示 。 经过预抽 瓦斯 1 O 个月 后 ， 预 抽 率在 2 6 ． 5 嘶 以上 ，该 7号煤屠的抽放 瓦斯 效果 及 防突 效果相 当显著 ，在整个 1 1 7 5 2机 巷的掘进和1 l 7 5 2采面的 回采过程 中从 未发生矿井 瓦斯动力现象 。实髑有关基 本 参数如表 I 所 示 。 裘1 _ _ T _ ]一 预 抽君I 。 ． 5 I 8 盯 ． 6 x l O l I ． 37 f 1 1 ． 0 1 l 前 后 对 比 一 1 。 l 8 { o 8 x l o 1 l 一 2 鹌 l r g 8 j I 3 ． 2 4 l o I 2 S 。 o o 5 ． 2 2 I 2 6 ． 5 。 I 6 6 ． 5 o 一8． O 2 l 2B． 5 O l{ 4 , 1． 5 口 侧 2，化处矿预抽 瓦斯 防突 效果． 1 9 8 7 “ 1 9 8 9 年在化 处矿 二水平一采区 第 小阶段的2 l 7 1 N 2 1 7 2 回采工作面进行了大 面积旗抽瓦斯防突试验。两个工作面都是 开采 7号突 出煤层 ，机巷 标 高 为 1 2 S 6 m，距地裘垂深约 3 5 0 m，上邻 的 l 1 7 5和 l 1 7 5 工怍面均 已回采结束。两工作面走向 长均为4 0 0 ∞， 倾斜长均为l 0 0 I ll ， 煤屠领角 平 均为2 2 度 左右 ，煤层厚 度平 均为 4 m。 该 区域 地质构造复杂 ，断层 交错，打钻过 程 中发生严重 的喷孔 现象 。在 7号煤层底 板橱专用岩石抽放 巷打穿屠钻孔预抽 7号 突出煤层瓦斯 。钻 孔布置如 图 2。 经过预{ f豇 瓦斯近一年后，7号堞层的 2 3 维普资讯 抽放 瓦斯 效果 及防突效果桐当显著 ．预抽 率平 均在 4 4 ． 7 9 ％ 以上 ． 在整 个2 L 7 1 和 2 1 7 2 A 一 机 巷 向掘进 过程 中从未发生矿非 瓦斯 功力 现象 。实测 有关基本参数列于 表 2。 一 图 2 表2 比 匿斯 压力 莲 鞍I M 1 ____一 颈 抽前 1 ． g 殒 抽 后 l 筒后对比1 【 m 参 数 可 。_可蕊 ／ M p a 。 d I m ‘ ／ m l n 『 m ‘ t t l m ‘ ／ t j m 1 ． 7 8 x l o ‘ 2 I ． 1 1 I 1 B ． 7 a 1 ． 1 5 1 0． 3 7 2 ． 9 6 l B ． 1 1 0 1 磬 5 ． 0 O I 4 ． 7 9 1 7 0． O 0 “ ． 7 g ． O O 例 3．六枝矿预 抽瓦斯 防突效 果 。六 枝矿对 未经 预抽 瓦斯 的二 水平西一 采区 7 号 突出煤层的开采情 况与经预 抽瓦斯 的二 水平西二采区 7号 突出 煤层 的开 采情况进 行 了效果评价 。得 出的基 本结论 是 预抽 煤层瓦斯不仅能够 防突 ，而且还能 防治煤 层 自然发 火，提高 单进 单产 ，合 理回收煤 炭 资源 。该矿 对二水平 E f -- 西 二采 区 7号突出煤层的开采对比情 况l如 表3所 示 。 1 衰 5 砸 目 采 砸 【 翟 I瓦新含量 m。 ／ t 瓦斯压力 1X p a 星平 平均 霉而导 i 霉而品 I 安垒扶况葭善 碍 1 翠 j 蕊 i I I i 颓 对 J 嚣 薹 回 采 大 配 蠢 演 蔓 I 奎 发 i 封 匐 盔 风 量 睫 f 采 亟 区 日_ i l 抽 抽 月 I 1 前 后 比 米， 月 ％ m0 ／ mi n ％ 扶 敬【 - 1 - 3 2 ． 5 8 0 0 0 ． e ～1 ． 5 3 5 1 西 一o． 1 3 ． 2 B l 1 ． 2 - 1 ． 7 21 。 7 8 8 0 0 ． 4 ～ 0 ． 0 0}0 西 。 1 7 。5 j 17 ． 2 0 B ．o t J一 9 ．1 6 2 。 o o ． 2 ．8 燃 、防爆 合理 回收煤炭 资源和变害 为科 四、今后设 想 都是切 实可 行的技术 措施 。为了适应矿 井 六 枝矿 区的抽放瓦斯前景是 乐观 的 安全生产发展需要 ．我们拟 今后在如 下几 只要认 真开展此项工作 ，对 于防 突 、 防 方面加强抽 放瓦斯 工作 。 2 4- 窖l n 一 吨 维普资讯 1、提高抽放 瓦斯钻 孔 的施工质量 抽放瓦斯 的关键 是抽 放钻 孔的施工质 量 ，因此 ，应切实 加强钻孔的设计 ．竣工 验 收及封孔质量 ，做到 密钻孔 严 封 闭 ，提高 单孔瓦斯抽放量。 2 提高 吨煤抽放瓦斯综 合量 六枝矿区的吨煤抽放瓦斯钻孔量仅迭 0 ． 0 4 m左右 ，百万 吨煤抽放瓦斯 纯量 仅达 4 7 0 0 5 0 0 0 kI i 2 3 ，难 以保证抽 放 瓦 斯 量 的 大 幅 度 增 长 。为 此 ，今 后 应 从 改 进 钻 具 八手 ，提高 打钻速 度和效率 ，力争 把 吨煤 抽放瓦斯钴孔量和百万吨煤抽放瓦斯纯量 分别提 高到0 ． 1 m及8 0 0 0 k m0以上 ， 以保 证瓦斯 自煤体 中尽可 能多地渗出 。 3、合理进行 巷道布置 以降低岩石抽 放巷掘进 妻 在采 区巷道布置和采掘头面 比及专用 岩石抽放 巷道 的布 置上要尽可 能合理 ，做 到一 巷多用 ， 降低岩石抽放 巷的掘进 率 。 六 枝矿区的百万 吨煤掘专用岩石抽放巷率选 2 8 0 0 ,“ - , 3 0 0 01 1 3 ． ，千米 突 出 煤 层 巷 遭 掘专 用岩石抽放 巷率 迭6 3 0 m左右 ，使 岩 巷 掘 进成本高 。今后力 争将百万 吨煤掘进岩石 抽放 巷率和 千米 突出煤层巷道掘进岩石抽 放 巷率 分别 降低到 2 5 0 0 m及 5 0 0 m 以下 ， 不断提高矿井综合 经济 效益 。 4 积极开展 下向钻孔抽放瓦斯的工 艺 改 革 六枝矿区在进 行干式钻进风力排 碴装 置打下向 钻孔 的试 验过程 中，最大孔深 已 达4 6 ． 1 m．今后应 继续进行下向钻孔施工 的工艺改革 ，力争 孔深在5 0 m以上，这也 是抽放瓦斯靠 孔的技术方向 。 5 改善抽放 瓦斯 的构成 比铡 由于 目前六 枝矿 区抽放 瓦斯的构成百 分 比中，原压抽放 占4 4 ％左右 ，邻近层抽 放 占0 4 2 ％左右，采空区抽放占 0 ． 4 ％左 右 ，其 比例 关系很不协调，这也是影响抽 放量提高 的因素之一 为此，今 后应重点 加强瓦斯来源 的台 理分布 ，提高邻近层和 采空 区这种区域性 卸压抽 放瓦斯能力 ，不 断减小原压抽放瓦斯 比重 ，有 效地改善 抽 放 瓦斯 的构 成 比例 。 6．加强抽放瓦斯的计量检测工作 对 于抽放 瓦斯 泵房 主管 、分管 支 管 及钴 场的抽放瓦斯动态 参数 包括瓦斯 浓度 、负压 流量及温度 等必须定期进 行测定。为了准确地摸清单孔瓦斯流量的 衰减性能 ，必须大 力开 展对钻场内单孔瓦 斯抽放置 的测 定计 量工 作 。由于孔板流量 计加 工复 杂，安装 后产生 的涡 流损失大 ， 且不 易更换和 检修 。为此 ，今后梅主要采 用皮托管进行测 定计量 并且积极开展瓦 斯泵房 自动 监测装置和管 道内瓦斯 流量 自 动检测的科研工作 。 7 强化抽放瓦斯的效果考察工作 对实施预抽瓦斯 的突 出煤层在采掘 之 前 ，必须进行抽放瓦斯的效果考察工怍． 在 掘进 煤巷过程 中，严格进 行瓦斯预测预 报，使防突工作更趋 科学 化。 8、正确使用抽放 瓦斯真空泵 六枝矿 区各抽放 瓦斯 系统均 使用 SZ 一 4 型水 环式真空泵 ， 根据 多年抽放瓦斯的 实践经 验，发现该种真空 泵在 抽放负压相 对 稳定的情况下 ，具有如 F特性 1 抽放 瓦斯 量与循环供水量成正 比 2抽放 瓦斯 量与叶轮机侧盖 问的 问隙大小成反 比 。 为 此，我们可根据水 环式真 空泵的上 述特性 ，对 水环 式真 空泵做到正确使用并 加 强维护 ，使 之在 保持抽放 负压相对稳 定 的条 件下和 抽放钻孔 钻 场 管路系统爱 设备装置不变的情 况下提高抽放 瓦斯量 ， 尤其 在栗 空区和卸压 带抽放 瓦斯 时应在保 持抽放负压的相对稳定 防止煤层 自然 发火 2 5 维普资讯 的情况下 ，更好 地应用真 空象的 这种技 术 特性来提高 抽 放瓦斯量 。 五、结 束语 六枝矿 区经过多年的抽放瓦斯实践证 明 ，预抽瓦斯是实现综合 防突 的区域 性技 术措施 之一 ，只 要预 抽率达2 5 ％ 及 以 上 时 ，在突出煤层 中采掘 即能 消 除 突 出危 险 。因此 ，下 列结论 成立 。 1、预抽 瓦斯立 体为区域性 防突技 术 措施认 真坚 持 ，并不断加 以完善 。 2、凡 具备解放层 特 别 是上解 放 屡 开 采条 件的突 出煤层 ．在 采掘之前 ， 若采用先 解放后卸压预 抽瓦斯措施 ，其抽 放瓦斯 效果最 佳 。 3、对于 不具备解放层开采条 件的突 出煤层 ，在 栗掘之前 ，应 优先采 取厦压预 抽 瓦斯 措施 以消除突 出危险 。 4、根 据不同 的矿井 自然条 件和 技术 条 件，必须确定出适合 于率矿井 的预抽瓦 斯 效果 考察有效性指标 。 以指导 防突管理 工作 。将 瓦斯预抽率取 为2 5 ％及 以上 为 预 抽瓦斯 防突 的有 效性 指标 之～ ，经 实践 检验能够符合 防突 性能 5、在抽 放负压相 对稳 定和 钻孔数 、 管路系统及设备装置不变的条件 下 ，正确 利用真空泵的技术特性来提 高 抽 放瓦斯 量，尤其在采空区葺 Ⅱ 卸压带控藏瓦斯时效 果更为显 著 。 责任编辑于忠仁 mH n “ ∞ Ⅱ， M 上 接 1 O 页 将式 1 5 代 八式 1 6 得 通 一 ， 一 g s i n B g s i n13 g s i n 月 ⋯ 】 8 由以上 两式可知 ．下 行通风向下 的加 速度 比上行通风向上 的加速度大2 g s i n B ． 倾角愈大此值愈大 向上 的加 速度使 煤尘 悬浮 ，向下的加速度使煤尘沉降 匿此 ， 倾角愈大 下行通风降尘效果愈好 。 2风流 与煤炭运输 的相对速度 工作面上行通风时 ，工作面 的刮板运 输机 与风流 、机巷皮 带输送机 与风流都 是 反方向运 动 ，即逆 流通风 风流与煤炭 的 相对 速度 较大 ，容易扬起煤尘 ，增加空气 中的含尘量 丽下 行通风时 ，风流与煤炭 的相对速度较小 不 易扬起喋尘 。所 以下 行通风工作面 的煤尘浓度低 于上行通风 3巷道积尘最 2 8 - 在扬尘风速测 定中观察到 ．其他 条件 完全相 同时 ，底 板撒 布的尘量不同 ，测 出 的 煤尘浓度也不 同。工作面上行通风时 ， 机巷 为进风巷 ， 巷 道中不但 积尘较多 ． 雨 曩 有许多转载点 ，因此机 巷爆尘浓度较大 ， 从而使得工作而进风 口的 煤尘浓 度增加 。 下行通 风 时 ，上 平 巷为进风 巷 ，巷道 中 积尘较少 ，煤尘浓度低 ．工作 面进 风 口的 煤 尘浓 度也 低。根据 平顶 山六矿 的实测 结 果 ，下行 通风工作面 进风口 煤尘浓赛 比 上 行 通 风 避 风 口低7 2 ． 6 嘶 。 上述 三项 ，充分说明了下行 逼删能够 降 尘的机理 。 参 考文 献 [i 石琴谱魏平儒．下行通风 管 l 、降 ’ 温考察 ， 煤炭工程师 1 9 8 9 ， 3 [2 矿业 回采工 作面下行 通 风 专 辑 ，焦 作 矿 业 学院 ，1 9 8 8 年 [ 3李之光． 相 戗号棋化 静， 苫 防 工 业 出j 氍社 责 冬 鑫 锌 克 仁 1 “ 一 警 鼠 稠 维普资讯