高瓦斯煤礦半煤層掘進巷道底板穿層鉆孔 瓦斯抽采技術的應用

高瓦斯煤礦半煤層掘進巷道底板穿層鉆孔

瓦斯抽采技術的應用

蔡心志

（川煤集團廣旺公司唐家河煤礦）

摘要：高瓦斯煤礦半煤層掘進巷道在掘進過程中遇底板裂隙帶中瓦斯異常涌出，采用底板穿層鉆孔瓦斯抽采技術能夠有效的保障掘進工作面的安全生產順利進行。

關鍵詞：高瓦斯煤礦  底板穿層鉆孔  瓦斯抽采

一、     概況

唐家河煤礦屬于高瓦斯礦井，當半煤層掘進工作面在掘進過程中遇底板裂隙中瓦斯異常涌出時，隨著巷道向前不斷的掘進，其回風風流中的甲烷濃度也在不斷的增大，為了確保掘進工作面的安全生產正常，必須采用有效的措施降低巷道中甲烷濃度。在不影響掘進工作面工程進度的情況下，在底板裂隙帶瓦斯異常涌出段施工底板穿層鉆孔截留裂隙中的瓦斯，從而降低巷道中的甲烷濃度。這種瓦斯抽采技術在實踐生產過程中取得了很好的效果，避免了瓦斯超限事故的發生，為治理掘進工作面瓦斯異常涌出開辟了一條新途徑。

唐家河煤礦1841風巷掘進工作面位于+150水平東翼，184采

西翼。地面標高590～800m左右；煤層傾角24°～32°，平均28°該掘進工作面采用炮掘，巷道斷面積S=B*H=3.2*2.6m²=8.32 m²。該掘進工作面底板向下所經巖層以粉砂巖及裂隙發育的石英砂巖為主。在1841風巷掘進730m至870m時，底板裂隙特別發育，底板裂隙中的瓦斯涌出異常，致使瓦斯超限事故時有發生。

二、  瓦斯治理措施

1、瓦斯來源

1841風巷掘進工作面在掘進過程中瓦斯的主要來源來是8^#煤層底板裂隙瓦斯，另外還有少量的本煤層瓦斯。

風巷底板裂隙瓦斯情況：由于8^#煤層底板以粉砂巖及裂隙發育的石英砂巖為主，部分地段裂隙特別發育，正常情況下裂隙內的水對裂隙內的瓦斯起到了封閉作用，在150水平的1841機巷掘進至670m時，裂隙水釋放后導致這一平衡被打破，被封閉在裂隙內的瓦斯會順裂隙上部溢出。在1841風巷掘進730m至870m時，底板裂隙特別發育，底板裂隙中的瓦斯涌出異常，巷道回風風流中的甲烷濃度達1.2%左右，為了避免瓦斯超限事故的發生，采用在風巷施工下行底板穿層鉆孔截流抽采瓦斯。

本煤層瓦斯情況：1841風巷掘進工作面8^#煤層在掘進過程工作面磧頭甲烷濃度0.14%左右，回風甲烷濃度0.26%左右，本煤層瓦斯含量4.598m³/t，瓦斯最大壓力0.28Mpa,可以直接采用風排的方法治理本煤層瓦斯。

2、底板裂隙帶的瓦斯治理措施

為了不影響工程進度及節約成本的條件下，采用在風巷底板裂隙段施工下行底板穿層鉆孔截流抽采瓦斯，以便降低掘進工作面的風排瓦斯量，提高礦井瓦斯抽采量。

（1）瓦斯抽采泵 

唐家河煤礦在地面建有永久瓦斯抽放站，礦井構建有完善的瓦斯抽采系統，使用2臺2BE3-40水環式瓦斯抽放泵（一臺運行，一臺備用），單臺泵的抽采能力為100 m³/min。安裝瓦斯抽采主管6400余米，均按規定安裝有放水箱、除渣裝置和瓦斯流量計量監控裝置，系統運行穩定、可靠，能滿足礦井瓦斯抽采的需要。

（2）施工設備的選型

鉆機：根據1841風巷巖層的實際情況，應選用體積小，重量輕，易撤卸，便于搬遷，可打任意角度的鉆機，經比選后決定使用西安研究院生產的ZDY-3200S型鉆機。

封孔泵：選用體積小，輸送壓力大，不易堵塞，輕便靈活的封孔泵，經比較選用重慶煤科院生產的DFZ-15/5型礦用注漿封孔泵。

鉆桿：根據1841風巷底板巖石的硬度系數和它綜合情況，選用￠73mm×1000mm鉆桿。

封孔管：根據封孔所需的注漿量及壓力情況，封孔管采用￠50mm的無縫鋼管。

（4）鉆孔布置

1841風巷底板穿層鉆孔開孔位置均布置在巷道上幫底板上，1^#鉆孔開孔位置布置在距離掘進工作面巷道口以西870m位置，1^#、2^#、3^#及4^#鉆孔距間距為40m，鉆孔長度45m，共計4個鉆孔；鉆孔施工順序從西向東。鉆孔其他技術參數見下表。

（5）鉆孔直徑

鉆孔直徑大，暴露巖壁裂隙面積也大，瓦斯涌出量就大。但鉆孔的直徑應根據打鉆技術、抽采瓦斯量和抽采半徑等因素綜合考慮。根據1841風巷底板巖石硬度系數和其他綜合因素，設計鉆孔直徑為110mm，鉆頭采用￠110mm的沖擊鉆頭。

（6）鉆孔封孔

為避免已打鉆孔中的瓦斯涌出造成巷道內瓦斯超限，在每次施工完成1個鉆孔后，應立即封孔。封孔前首先用壓風把鉆孔內的殘存巖粉清洗干凈，每一鉆孔的抽放管采用φ50mm的鋼管，長度不得小于4m,先采用YFS型聚氨酯封孔劑封堵好鉆孔內3m處的位置，然后人工注入7：12（水泥 ：水）的水泥漿,封孔長度不得小于3m,外露至巷道底板平面的長度不得大于0.3m。必須嚴密不漏氣。每次封孔24h后必須將已封的鉆孔連管進行抽放，實現“邊打邊封，邊封邊抽”提前抽采，提高底板裂隙瓦斯的抽采時間。

（7）鉆孔管路及鉆孔與管路的連接

根據現1841風巷底板裂隙瓦斯預算儲量和抽放量大小，其管徑按下式計算：

D=0.1457(Q_混/V)^1/2

D----瓦斯管內徑，m;

V----管道中混合瓦斯經濟流速，m/s，一般取10~15 m/s；

Q_混----管道中混合瓦斯流量m³/min，現場實測混合瓦斯量5m³/min。

按照大管徑流速取大值，小管徑流速取小值，管路系統長流速取小值，管路系統短流速取大值的原則選擇經濟流速， 1841風巷抽采瓦斯管徑計算結果如下：

抽放瓦斯管徑計算結果如下：

D=0.1457×(5.0/15)^1/2=0.0841

根據計算結果和1841風巷底板裂隙瓦斯的賦存規律情況，1841風巷的抽放支管選用￠100㎜ 的無縫鋼管。

在184采區回風石門的￠100mm PE瓦斯抽放管上連接鋪設一趟￠100㎜ 的無縫鋼管到1841風巷上幫。管道的鋪設必須平直，并在開采推進過程中進行預埋，根據現場瓦斯抽采鉆孔位置，在相對應的位置上安設四變二寸的三通，在每個三通的位置上安設一根￠50mm 的鋼管連接支管，每根支管和相應的鉆孔連接，連接使用的接頭采用￠64×78mm的PVC透明鋼絲彈簧軟膠管連接。

抽采過程中，煤(巖)層中含有的水分會伴隨瓦斯被抽出，容易在有起伏的低洼處聚集，影響抽放效果。因此在1841風巷巷道開口處的抽放管路上及其管路中有起伏的低洼處必須安裝放水器和除渣裝置。在184采區回風石門內的￠100mm抽采支管上必須安裝瓦斯監測計量裝置（GD3瓦斯抽放多參數計量裝置）和測壓嘴（孔）（人工檢測裝置），對抽放的濃度、壓力、流量等進行檢測和計量。測壓嘴（孔）不應過大過長，不得大于15mm，直徑為4～10mm。用一頭捆扎的細膠管套緊，確保與管外空氣隔絕。

三、治理瓦斯的效果

（1）1841風巷掘進工作面采用底板穿層鉆孔實行瓦斯抽采后，巷道回風風流中的甲烷濃度由1.2%降到0.2%左右，巷道甲烷濃度明顯降低，防止瓦斯超限，杜絕通風瓦斯事故的發生。

（2）1841風巷掘進工作面采用底板穿層鉆孔抽采技術后，不僅提高該工作面生產效率，而且還大大提高了礦井瓦斯抽采量，為企業帶來較好的經濟效益和安全效益。