2008年技术创新项目申报（水力冲孔）1.doc

潘二煤矿2008年技术创新项目申报 一、 创新项目名称水力冲孔实践及改进 二、 完成单位*矿抽排队 主要完成人 三、 项目背景 11124是我矿南一采区首个6保4被保护层回采工作面，距B6煤层37m，工作面标高－360370m,走向1400m,倾斜124m，煤层厚度4.5m，倾角12.5。其上保护层工作面11126于2004年6月份开始回采，采高1.8m,回采工艺为炮采，冒落法管理顶板。目前该工作面剩余回采走向200m，预计2007年10月底收作。 11126回采期间采取了顶板走向钻孔和底板穿层钻孔抽采的瓦斯综合治理措施。底板巷布置在B4煤层底板，距B4煤层底板20－25m，位于 11126工作面平面位置的中部，长度1300m，断面为2.42.4m的直墙半圆拱，每隔30m布置一对钻场，共施工钻场45对，每个钻场施工5个穿层钻孔。 保护层回采期间，实际瓦斯涌出量4m3/min，顶板走向孔抽采1m3/min，2004年6月至2007年5月，累计抽采量140万m3/min，底板穿层孔累计抽采量104m3/min。 保护层回采期间，中国科大在底板巷1、3、5号钻场进行了B4煤层原始瓦斯压力测定，1号钻场未测到压力，3号钻场测压超过压力表量程4.0Mpa后将测压管顶出，在5号钻场改用6.0Mpa压力表测压，未测到压力。另外对保护层推过测点前后B4煤层的相对变形、钻孔瓦斯流量的变化也进行了测定，结果为单孔自然排放瓦斯流量增加约4倍，煤层变形最大达25‰。结论为开采B6保护层对B4煤层有明显的卸压保护作用，走向保护角为61.5，倾斜保护角为75。即在走向上，11124的始采线及终采线与11126内错距离为21.3m，在倾向上，11124上顺槽与11126上顺槽内错1.4 m，下顺槽内错17.4 m。 根据以上考察结论，实际在布置11124系统时，上下顺槽分别与11126内错3.4m和22m，都留有一定的安全系数。但在煤层上山及下顺槽施工过程中发生了6次预测指标超限和4次瓦斯超限事故，具体如下。 序号 日期 地点 传感器 超限时间 最大值 原因 1 2.6中班 11124煤层上山（102班） T1 1分28秒 1.80 放炮装药量大，造成炮后超限 T2 3分1秒 1.63 2 3.31早班 11124下顺槽（102班） T2 2分24秒 1.22 迎头余货多，局部气体被吹出 3 4.22中班 11124上顺槽联巷（102班） T1 2分 1.92 绞车窝放炮将风筒崩脱节 4 5.4中班 11124下顺槽（102班） T2 1.06 地面故障停电，主局扇故障 可以看出，截止到2007年4月8日，在煤层上山和下顺槽掘进的171m煤巷过程中，就发生了6次突出预测指标q值超限现象（其中最大值达76.9l/min）和4次瓦斯超限事故（最大值达1.92）。在排除管理方面的因素外，分析其原因，一方面这些超限基本上都是由于受地质构造影响，煤层受揉皱、变软，煤厚起伏变化大、应力集中、瓦斯富集造成的。但从另一方面也验证了11126保护11124的效果不理想。 基于上述因素，11124煤层上山和下顺槽在掘进过程中 不得不采取迎头排放钻孔和局部巷帮抽采的措施，171m的巷道共施工了8次排放钻孔。频繁的超限和打钻，不但威胁着安全而且还严重的制约了掘进单进和矿井的采掘接替。11124煤层上山从2006年12月26日开始掘进至2007年3月11日75天时间内仅施工了124m,平均单进仅1.65m/d,11124下顺槽从2007年3月20日至2007年6月10日82天的时间内施工了84m, 平均单进仅1.02m/d。水力冲孔就是在这种背景下应用到11124上下顺槽的。 四、 创新项目内容 水力冲孔的工艺流程 工艺流程主要分为四个步骤即成孔、冲孔、抽采、效果验证。具体见下图。 水力冲孔 成孔 冲孔 效果验证 抽采 设计 施工 设备 工序 封孔 合茬 计量 管理 突出指标瓦斯涌出量 1、成孔 （1）、钻孔的设计 设计原则为每隔10m一组2个孔，终孔点分别位于11124上下顺槽轮断面廓线的中心，在11124两段未保护区，下顺槽钻孔沿倾斜方向增加2个，终孔点分别距下顺槽轮断面廓线的中心点各10m，沿走向每两组钻孔中间增加一个钻孔。 （2）、钻孔的施工 由于11124底板巷断面只有4m2左右，高度和宽度都较小，钻孔施工采用重庆ZYG-150型液压钻机，φ50750mm光钻杆，岩孔施工采用φ94复合片钻头，穿煤及冲孔采用鱼尾冲孔钻头。钻孔全程带水钻进，钻孔严格按设计参数施工，由安监员和防突员在井下现场共同签收。 2、冲孔 （1）、冲孔设备 采用RB125/31.5型乳化液泵，公称压力31.5Mpa,流量125l/min。连接管路使用1寸20Mpa的高压胶管。泵站设在西一B采区，距离冲孔点的最远距离700m， （2）、冲孔工序 钻孔见煤后，退出钻杆，将钻头更换鱼尾冲孔钻头，通知泵站开泵冲孔，泵站压力控制在20Mpa以下，打开钻机附近的控制阀门，保持匀速钻进冲孔，以便排出煤屑，全煤段冲完后，边退钻边冲孔，再钻进，退钻，如此循环直至冲不出煤，回水变清为止。冲孔禁止人员正对钻孔，防止喷孔伤人。在冲孔过程中，要根据瓦斯涌出情况随时调整钻进速度，以防瓦斯超限，同时要边冲孔边清理煤屑并保持排水的畅通，以保证现场有较好的工作环境。有关冲孔情况见下表。 3、抽采 （1）、封孔与合茬 水力冲孔结束后，立即使用水泥砂浆封孔，长度12m，封孔后立即用2寸半的钢丝软管与8寸永久抽采管路相连接，24h水泥砂浆来劲后开始抽采。 （2）、计量及抽采管理 在永久抽采管路上安装一套人工计量系统，专门对水力冲孔的抽采进行总计量，同时选择有代表性的单孔进行计量，考察单孔抽采量并根据钻孔瓦斯的变化调整计量钻孔。抽排区三班安设人员检测抽采钻孔的瓦斯浓度，小于5％的予以关闭停抽，对钻孔的积水及时排放，实现抽采最大化。下表是冲孔前后单孔抽采量的对照表。 冲孔前后单孔抽采对照表 冲孔前 冲孔后 孔号 抽采浓度 纯量m3/min 抽采浓度 纯量m3/min 1 15.4 0.0570 68.6 0.0990 2 7.6 0.0254 72 0.1070 3 1.4 0.0142 70.6 0.1050 4 10.6 0.0596 36.4 0.0480 5 11.2 0.0138 9 0.03 6 0.8 0.0067 85 0.125 平均值 0.0295 0.0857 3.4效果验证 从上述图表可以看出，冲孔后的单孔抽采量比冲孔前最大增加了17.6倍，平均增加了两倍。 截止到6月9日早班，共冲孔23个，冲出煤量115.6吨，平均每孔5吨，经计算累计冲孔体积82.6m3,平均每孔冲孔体积3.6m3,消除了钻孔附近的应力。 五、 项目效果自评 08年，我们在南一胶带机石门揭煤期间施工了10个水力冲孔，冲孔期间，冲孔使用的φ94mm鱼尾钻头根据现场实践，改制为冲孔用φ50750mm光钻杆制作成的冲孔钻头效果更好，将φ50750mm光钻杆使用台钻钻眼（孔径，孔距根据冲孔需要制作），并将钻杆周边镶嵌硬质合金片即可，不仅减少钻头冲孔阻力，而且可增加、调节冲孔水压。 冲孔结束后，共冲出煤量89吨，冲孔加大了煤层的透气性，优化了瓦斯抽采效果，缩减了对煤层瓦斯抽采所需的时间，减少了揭煤时间。08年8月，顺利的完成了南一胶带机石门揭煤工作。 同年，我矿在西四B4－6轨道上山再次进行水力冲孔，在这几次水力冲孔的工作中，我们积累了不少的水力冲孔的工作经验，具体有以下几点 同一条风流路线上多部钻机同时冲孔时，要考虑泵站水量和水压是否满足要求，必要时增设液压泵站或者更换大直径的高压钻孔。 冲孔的平面位置超前于上下顺槽不得低于30m,防止水力冲孔诱导掘进迎头发生突出。 冲孔用φ50750mm光钻杆根据现场实践得出结论，不同倾角、岩性钻孔应选用不同钻杆，仰角及岩性较好（不破碎）钻孔应选用光钻杆，俯角及岩性较差（破碎，钻孔不成形）应选用麻花钻杆，不仅能顺利进行水力冲孔，而且大大增加冲出煤量，扩大卸压范围。 加强抽采管理，根据钻孔内瓦斯浓度的变化及时调整抽采参数，实现抽采最大化。 由以上几处水力冲孔的实践及其结果可以看出，水力冲孔在瓦斯治理工作中是一项有效的解决瓦斯问题的方法。