下向穿层钻孔瓦斯抽采技术的应用.doc

下向穿层钻孔瓦斯抽采技术的应用 淮南潘一矿是一座年产400万t的特大型矿井，井田走向长14.6 km，倾斜宽4.0 km，1983年投产，含煤地层为二迭系中下部山西组及石盒子组，含煤28～42层，可采和局部可采煤层15层。矿井绝对瓦斯涌出量为130 m3/min，相对瓦斯涌出量为20m3/t，目前主采煤层为13-l煤和11-2煤。 随着矿井高产高效的发展需要及“可保尽保，应抽尽抽”战略方针的实施，保护层工作面的开采力度不断加大。但保护层工作面在开采过程中，由于开采深度的增加及被保护层工作面的瓦斯涌入，保护层工作面的绝对瓦斯涌出量达到15～20 m3/min。虽然在保护层采煤工作面采取了顶板走向钻孔、老空区埋管等方法抽采本煤层采空区瓦斯及在被保护层底板瓦斯抽采巷道内施工上向穿层钻孔抽采被保护层瓦斯的综合治理瓦斯技术，但仍难以满足保护层工作面开采的需要，使保护层工作面的开采进度受到严重制约。针对这种现状，潘一矿决定利用现有的被保护层底板抽采巷道，向保护层工作面施工下向穿层钻孔抽采保护层瓦斯技术，达到“一巷两用”，解决了保护层开采过程中瓦斯对安全生产的影响这一难题，并对其取得的效果进行了分析。 1 下向穿层钻孔瓦斯抽采技术方案 1.1 技术方案提出的背景 为了保障矿井的安全生产，实现矿井的高产高效，潘一矿从1997开始实施了大面积开采远距离下保护层的试验研究工作。即先开采突出危险性小的11-2煤层，作为突出危险性大的13-1煤层的下保护层，存13-1煤层的被保护范围内，可以消除煤与瓦斯突出危险性。在实施保护层开采的同时，在被保护层工作面的底板保护层工作面的顶板岩层内布置一条专用瓦斯抽采巷道，向13-1煤层施工上向穿层钻孔，利用钻孔抽采13-1煤层和其附近煤层的瓦斯，使其能够达到使用综合机械化采煤方法放顶煤开采的条件。 但在下保护层工作面开采过程中，受卸压采动影响，13-1煤层的卸压瓦斯涌入到下保护层工作面，增大了保护层工作面的瓦斯涌出量，给保护层工作面的瓦斯治理带来困难。在下保护层采煤工作面虽然采取了顶板走向钻孔抽采、老空区埋管抽采等专项瓦斯治理措施，但仍难以满足保护层工作面开采的需要。 1.2 下向穿层钻孔抽采保护层瓦斯技术方案 为了保证矿井保护层开采的进度，对21711下保护层工作面的瓦斯涌出来源及瓦斯抽采工艺进行了认真的分析。通过分析比较，提出了利用21413被保护层工作面的底板专用瓦斯抽采巷道，向21711保护层工作面施工下向穿层钻孔，通过下向穿层钻孔来抽采保护层工作面采空区瓦斯的技术方案。 利用下向穿层钻孔来抽采保护层工作面采空区瓦斯的技术，不仅能够解决顶板走向钻孔、老空区埋管等瓦斯抽采方法中的各种不利状况，使得保护层工作面采空区大量的瓦斯通过下向穿层钻孔抽出，增加了工作面的瓦斯抽采量;而且改善了钻孔施工的作业环境，保证了钻孔施工人员的安全。 2 下向穿层钻孔抽采瓦斯技术应用 2.1 21711下保护层工作面概况 21711保护层工作面位于潘一矿东一、东二采区下部，走向长1680 m，倾斜宽196 m，标高为-691～-727 m，平均煤厚1.8 m，煤层倾角6o10o，瓦斯含量912 m3/t，为保护层采煤工作面。工作面于2005年10月9日开始回采，回采过程中的绝对瓦斯涌出量为2530m3/min。 21413底板抽采巷道长度1800 m，为保护层开采专用瓦斯抽采巷道，与被保护层13-1煤层法距最小为21 m，最大为32 m，平均27 m，位于21711保护层采煤工作面裂隙带上方。巷道标高为-649～-663 m，巷道采用锚喷支护，净断面为6.16m2。 2.2 下向穿层钻孔的施工工艺 下向穿层钻孔在21413被保护层工作面底板的专用瓦斯抽采巷道内由上向下施工，为了避免钻孔终孔时出现不返水易埋钻及防止21711工作面有较大淋水现象，因此设计下向穿层钻孔终孔层位布置在距21711工作面煤层顶板向上3～5 m的冒落带内，平距为距21711上风巷下侧5～25 m处。钻孔直径为91 mm，平均每隔25 m施工1组，每组5个孔。钻孔施工布置见图1。 下向穿层钻孔由于在施工过程中常会出现因岩粉不能及时排出孔外易造成埋钻、钻孔内有积水影响瓦斯抽采效果以及钻孔不容易封孔等难题，而在现场被放弃使用。为了保证下向穿层钻孔内的岩粉能够及时排出孔外，不致因岩粉堵塞钻孔影响瓦斯抽采效果，以及防止埋钻事故的发生，对下向穿层钻孔的施工工艺进行了改进。钻孔采用ZYG-150型钻机施工，钻杆直径为50 mm，另外钻进的冲洗液由清水改为泥浆，一方面泥浆能及时地携带岩粉，将岩粉排出孔外，另一方面泥浆能及时地护住钻孔壁，防止钻孔出现垮孔。在钻孔施工前先按比例配制好泥浆，选用KBY-50/70型泥浆泵将泥浆送入孔内，通过泥浆来携带岩粉进行钻进。为了防止下向穿层钻孔内有积水，我们在钻孔施工时把钻孔的终孔位置控制在下保护层工作面的冒落带内，待钻孔不返浆时方可起钻终孔。在采用上述钻孔施工工艺后，有效地解决了下向穿层钻孔施工过程中的难题，保证了下向穿层钻孔的成功施工。 2.3 下向穿层钻孔的封孔 为了保证下向穿层钻孔的封孔质量，提高钻孔的瓦斯抽采效果，下向穿层钻孔的封孔方法采用KFB型矿用封孔注浆泵配合水泥砂浆进行封孔，封孔材料为水泥、水、砂子和海带。当钻孔施工至预定位置后，先用直径为108 mm的钻头进行扩孔，扩孔段长度为20 m，每个钻孔下直径73 mm的岩芯管20m作为孔内套管，在第16 m套管处设置挡板并缠绕一定数量的海带下入孔内，然后向孔内注水。我们利用海带遇水膨胀的原理，待海带膨胀到足够的时间后，再用KFB型封孔注浆泵将配制好的水泥、沙浆注入孔内，待孔口返浆时停止注浆。通过这种方法把下向穿层钻孔的封孔段提高到16 m，有效地提高了瓦斯抽采效果。封孔工艺如图2所示。 2.4 下向穿层钻孔瓦斯抽采系统改造 下向穿层钻孔在抽采初期.采用的是地面永久抽采系统进行抽采，但抽采流量较低，只能维持在m3/min以下，有时还抽不到瓦斯。经过分析发现，由于地面永久抽采系统的抽采负压较低，孔口负压只能达到12kPa，而根据巷道布置状况，21413底板瓦斯抽采专用巷道为进风巷道，21711工作面上风巷为回风巷道，2条巷道之间的风压差为1kPa左右。由于地面永久抽采系统的抽采负压不能克服21413底板专用瓦斯抽采巷道与21711工作面之间的风压差，因此抽采效果不明显，钻孔时常处于进风状态。为了增大下向穿层钻孔的抽采负压，提高瓦斯抽采量，将下向穿层钻孔的抽采系统由地面永久抽采系统抽采改为2台2BE1-303型局部瓦斯泵抽采，出气端直接排入回风道。2BE1-303型局部瓦斯泵抽采流量为65 m3/min，孔口的抽采负压达到30～50kPa，而抽采流量也达到了12～14 m3/min，取得了较好的瓦斯抽采效果。 3 下向穿层钻孔瓦斯抽采效果分析 21711工作面在采用下向穿层钻孔抽采后，工作面的瓦斯问题得到了根本的解决。由于下向穿层钻孔的不间断抽采，提高了工作面的瓦斯抽采率，降低了工作面的风排瓦斯量，有效地促进了工作面的安全生产，保障了保护层开采的进度。 1提高了工作面的瓦斯抽采量。下向穿层钻孔在合茬抽采后，抽采流量达到12～14 m3/min，21711工作面抽采流量合计达20～22 m3/min，增加了工作面的瓦斯抽采量，使工作面的瓦斯抽采率达60以上。 2降低了工作面的回风瓦斯浓度。由于抽采量的增加，工作面的风排瓦斯量减少，使得工作面的回风流瓦斯浓度降低，工作面回风流瓦斯浓度由原来的0.70.8降为0.4～0.6，促进了采煤工作面安全生产。 3加快了保护层工作面开采进度。217l1工作面在采用下向穿层钻孔抽采以前，月推进度一般为85 m左右，月产量为4～5万t;而采用下向穿层钻孔抽采以后，工作面月推进度大大提高，达到120130 m，月产量为7～8万t。因此，下向穿层钻孔抽采促进了保护层工作面开采的进度，提高了工作面的产量。 4 认识与体会 21711工作面在采用下向穿层钻孔抽采瓦斯技术后，工作面的瓦斯问题得到了根本的解决，实现了由高瓦斯工作面向低瓦斯工作面的转化。但由于下向穿层钻孔瓦斯抽采方法还处于不断总结阶段，因此在今后的瓦斯抽采工作中还需要做好以下几方面的工作 1下向穿层钻孔抽采保护层瓦斯技术必须采用高负压、大流量的瓦斯泵进行抽采，以克服通风负压。 2继续开展下向穿层钻孔抽采保护层瓦斯技术研究，在巷道布置具备条件的情况下，可以推广应用该项瓦斯抽采技术。 3对下向穿层钻孔的施工工艺进行攻关，保证孔内岩粉能及时用泥浆排出孔外，提高瓦斯抽采效果。