煤矿高位钻孔瓦斯抽采技术的应用探究.pdf

收稿日期 2020-02-26 作者简介 朱志富 （1977） ， 男， 本科， 工程师， 主要从事矿井 防突、 抽采、 钻探等瓦斯治理方面的工作。 DOI10.16525/ki.14-1362/n.2020.05.40 总第 191 期 2020 年第5 期 Total of 191 No.5， 2020 应用推广 煤矿高位钻孔瓦斯抽采技术的应用探究 朱志富 （中煤昔阳能源有限责任公司黄岩汇煤矿， 山西晋中045300） 摘要 煤矿瓦斯抽采最重要的一项技术手段是高位钻孔瓦斯抽采， 这对于解决采空区和领近层的瓦斯抽采问 题有着至关重要的作用。基于此， 文章简单描述高位钻孔瓦斯抽采技术的原理、 高位钻孔瓦斯抽采技术适用的 场所， 分析高位钻孔瓦斯抽采技术的主要影响因素， 对高位钻孔瓦斯抽采技术的应用要点进行阐述。 关键词 煤矿； 高位钻孔； 瓦斯抽采； 采空区 中图分类号 TD712.6文献标识码 A文章编号 2095-0748 （2020） 05-0097-02 现代工业经济和信息化 ModernIndustrialEconomyandInationization 引言 随着煤矿开采深度的不断加深，工作面瓦斯涌 出量随之增大， 导致上隅角瓦斯频频超限， 各类事故 发生的次数频繁， 严重威胁到煤矿安全开采。 一些煤 矿开采企业在利益的驱动下，采用国家明令禁止的 “巷道式采煤” 方法违法开采， 导致瓦斯积聚。 类似的 违法作业造成煤矿安全事故时有发生， 所以， 加大力 度研究高位钻孔瓦斯抽采技术、科学合理利用高位 钻孔瓦斯抽采技术的应用刻不容缓。 1高位钻孔瓦斯抽采技术概述 一般情况下，高位定向钻孔及高位常规钻孔是 顶板高位钻孔常见的两种钻孔方式，根据采动覆岩 裂隙发育规律实行设计是抽采采空区瓦斯的要点， 一般将钻场布置在回采工作面以前，以大倾角上仰 开孔向煤层顶板施工钻孔一组，使得钻孔轨迹可以 在回采后的采空区 “O” 型圈断裂带内延伸， 能够让 采空区和钻孔最大限度高效协作，当工作面回采时 通过采动压力形成顶板裂隙成为通道，通过此原理 实现高效稳定的抽采工作， 通过煤壁产生瓦斯， 其主 要的原理如图 1 所示[1]。 瓦斯浓度通过钻孔的方式进行采空区瓦斯治理 可明显降低， 采空区瓦斯涌出量能有效降低， 防止工 作面、 上隅角瓦斯超出限制， 降低煤矿瓦斯爆炸安全 事故的发生概率， 能显著加快工作面回采的速度， 从 而实现煤炭工作面的安全高效开采。 高位钻孔所必备的条件是在围岩瓦斯或者是在 抽采采空区域， 能拦截邻近层瓦斯向采空区的运动， 可以解决上隅角瓦斯超限和回风流的问题。 能看出， 邻近层、 部围岩上、 采空区的工作面适合采用高位钻 孔瓦斯抽采技术。 同时， 高位钻孔瓦斯抽采技术最重 要的作用是解决采空区瓦斯超限问题[2]。 2高位钻孔瓦斯抽采技术的主要影响因素 采空区高位钻孔技术中煤壁支撑影响区是最重 要的组成部分，众多因素都会对它的距离有一定影 响[3]， 例如 工作面推进程度、 工作面的长度、 煤层 顶层顶板岩性等。 与有效抽采裂隙带的高度相比较， 煤壁支撑影响区的变化空间相对比较大，煤壁支撑 影响区的距离有 3050 m。一般情况下， 要想煤壁支 撑影响区距离较长， 就需要顶板坚硬、 开采高度较低 以及工作面推进距离短等特点，要达到缩短工作面 煤壁支持影响区的距离，就应进行相应的比较， 精 确找出工作面的俯采情况。当工作面的倾角比较大 时不仅会缩小回风顺槽煤壁支撑影响区的距离， 另外， 还会影响到高位钻孔与回风顺槽间的夹角， 采 用这种方法能更优更好解决上隅角的瓦斯超限难 题， 同时， 对于保障作业人员的生命安全具有很好的 效果。 高位钻孔采空区的抽采技术和裂隙带的高度紧 密相连，有效抽取裂隙带的高度甚至还直接影响工 作面采高、 煤层顶板岩性和工作面长度。 在抽采时降 低了裂隙带的高度， 就说明工作面的推进程度较快、 图 1顶板高位钻孔抽采采空瓦斯原理 顶板高位定向钻孔 顶板高位常规钻孔 钻场 煤层 弯曲带 断裂带 垮落带 第 10 卷现代工业经济和信息化 xdgyjjxxhx 工作面的长度较短或者是煤层顶板岩性是比较坚硬 的岩石。其中， 煤层上部为坚硬岩层， 应依据工作面 推进的实际状况适当调整抽采裂隙的高度，采高的 高度是抽采的裂隙带高度的 1/17 为有效抽采。其 中， 当抽采煤层较薄的区域时， 裂隙带高度需要低于 煤层较厚区域。 相关的模拟结论显示，裂隙带的高度直接受工 作面推进程度的影响，由于初采期间和正常回采期 间产生的裂隙带不同， 鉴于此， 需要考虑区分设计第 一钻场与其他钻场。高位钻孔位置跟距离煤层顶板 的位置也有所不同， 第一钻场是 612 m， 其他钻场 是 1230 m 的位置。根据 “0” 形圈理论， 高位钻孔倾 向与风巷最大距离是 40 m， 两者之间的平均距离不 小于 40 m，通过工作面顶板在走向和倾向破断角。 可以计算得出，当回风巷中线和钻孔终孔的平均距 离为 130 m 时瓦斯抽采的效率最好。 3高位钻孔瓦斯抽采技术应用的关键 当前，国内的高位钻孔瓦斯抽采技术在走向上 和垂向上具有限制性， 从走向方面讲， 后面几十米范 围内的上隅角瓦斯超限的问题可通过高位钻孔得到 解决， 所以， 在进行瓦斯抽采过程中利用高位钻孔层 位设计的关键是对工作面后方的有关覆岩裂隙分布 情况进行详细的了解。也可以通过利用先进的设备 进行瓦斯抽采， 如德国的 DDR-1200km 定向钻孔机 通过运用顶板大直径千米钻孔抽采技术让钻孔抽瓦 斯浓度提高， 实现煤炭和瓦斯共同高效开采[4]。 1） 确定钻场间距。地质条件和钻机性能直接影 响到钻场的间距，在实际施工过程中需要预留一定 的钻场间距， 当地质条件较好时， 可以使用性能优越 的钻机来适当增加钻场间距。 2） 确定钻场的层位。 在实际的瓦斯抽采过程中， 为了能够有效提升钻孔的利用效率，需要在钻场进 入煤层顶板时，降低钻孔施工倾角并将钻孔开孔高 度超过 0.5 m。 3） 确定钻孔数量。钻孔数量受工作层面瓦斯的 涌出量和煤层瓦斯抽采量的影响，为了实现高效生 产，要特别重视煤层工作面的钻孔状况。通常情况 下， 直径 91 mm 的钻孔每分钟的单孔平均抽采量为 0.51 m3之间。 鉴于此， 针对这种类型的钻孔至少应 设置 5 个钻孔才能使瓦斯涌出量每分钟 20 m3， 尽 可能减少瓦斯含量。 为了能够方便控制采空区的风流，回风巷和高 位终孔位的距离要大于 10 m。在每个钻场中需要设 置 3 个钻孔， 与回风巷的平行距离分别是 10 m、 15 m、 20 m，便于浓度较高的瓦斯通过裂隙带顺利流向抽 采孔。 钻孔位置布置可以采用双斜布置方式， 通过顶 板裂隙带的垂直方向和水平方向的分布状态来布置 钻孔。瓦斯抽采的钻孔技术参数， 如长度、 直径等依 据工作面的真实状况，通过在具有象征性的区域实 施打孔实验， 测定出相关的参数， 通过实验得出结果 总结出具体的打孔技术参数。 现阶段， 虽然钻孔的抽 采距离的范围相对较大，但是在钻场间的抽采长钻 孔存留部分盲区，受采空区顶板冒落和钻场角度形 态的影响， 致使钻场在交替时出现瓦斯超限现象。 通 常为了保证连续的瓦斯抽采，在钻场与钻场之间有 钻孔压茬， 钻孔压茬的距离也有明确的规定， 需要通 过相应的采空区顶板的垮落角和相应的周期垮落步 距来调整。 要利用钻场科学合理的布置， 不断提高国 内高位钻孔瓦斯抽采效率及质量。 依据瓦斯的集聚和运动规律分析可知，上风巷 上部的裂隙圈为瓦斯聚集地， 基于此， 钻孔最合适的 位置要位于裂隙带内， 可根据公式[5]来计算得出钻 孔位置距离煤层的高度。 H1M/[ （K-1） cos琢] 式中 H1为沿煤层法线方向冒落带的高度， m； M 为 开采层的厚度， m； K 为冒落带的岩石膨胀系数； 琢 为 煤层的倾角。其中冒落带的岩石膨胀系数为岩石破 碎后处于松散状态下的体积与岩石破碎前的整体体 积之比； 一般情况下经过实际测量便可得出。 4结语 随着矿井加快开采速度，瓦斯涌出量的增加给 开采带来一定的难度， 对瓦斯的治理迫在眉睫， 不能 单靠传统增加风量的办法来解决瓦斯的问题。 因此， 要合理利用高位钻孔瓦斯抽采技术，其对解决回风 瓦斯超限问题起着举足轻重的作用。 参考文献 [1]孙荣军， 李泉新， 方俊， 等.采空区瓦斯抽采高位钻孔施工技术 及发展趋势[J].2017 （1） 94-99； 213. 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Based on this, this paper briefly describes the principle of high-level drilling gas extraction technology, the applicable place of high-level drilling gas extraction technology, analyzes the main influencing factors of high-level drilling gas extraction technology, and expounds the application key points of high-level drilling gas extraction technology. Key words coal mine; high level drilling; gas drainage; goaf （上接第 98 页） On the Problems and Solutions of Ination Project Management Wu Qiushi （Beijing CCID industrial and Ination Engineering Supervision Center Co., Ltd., Beijing 100071） AbstractWith the continuous popularization of Chinas ination technology, it has brought opportunities to the development of different industries. Therefore, we must seize the opportunity of the times and vigorously develop ination project management. However, in the actual development process, there are still some problems in ination project management that need to be resolved. This paper analyzes the causes of ination project management problems and proposes corresponding solutions, which is of great significance to Chinas comprehensive promotion of ination project management. Key words inationization; project management; solution strategy [4]张磊， 韩雷， 陈曲， 等.加强医院信息化项目管理的实践与思考 [J].中国卫生信息管理杂志， 2019， 16 （1） 53-56. [5]吴兰.企业管理信息化项目建设风险研究[J].中国管理信息化， 2019， 22 （17） 93-94. （编辑 刘楠） Design of Constant Pressure Water Supply Automatic Control System Liu Jiansheng （Taiyuan Binhe Sports Center, Taiyuan Shanxi 030006） Abstract Through the design of constant pressure water supply control system based on PLC, this paper analyzes the working principle of PLC and the speed regulation principle of AC motor using frequency converter, so as to complete the hardware design of constant pressure water supply system in residential area and the software design through ladder diagram. The system ensures the water quality of residents and high efficiency and energy saving. Key words energy saving; constant voltage; variable frequency speed regulation; PLC 武秋实 信息化项目管理中的问题及其解决策略 115窑窑