论文部分内容阅读
摘 要:三矿在+20m水平k4煤层掘进工作面采用预抽煤层瓦斯防突技术,辅以超前钻孔防突技术,较好地解决了保护层掘进工作面防突难度大、掘进速度慢的问题。
关键词:掘进 预抽 防突
中图分类号:P62 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-045-02
1概况
三汇三矿可采煤层有K1、K3、K4。其中K1煤层为中厚煤层,K3、K4为薄煤层,均为突出煤层。K4作为上保护层开采,被保护层为K3、K1煤层。矿井建矿以来共发生突出59次,最大突出煤量为899t,最大瓦斯涌出量为10760m3,其中K4煤层突出41次,占矿井突出次数的69.5%。随着水平的延伸,煤层瓦斯赋存量增大,K4煤层突出危险性也随之增大。该矿现开采+20m水平,K4煤层突出危险性较上水平有较大增加,主要表现在施工超前钻孔过程中瓦斯涌出量增大,掘进工作面瓦斯超限严重,CH4浓度常达2～5%,掘进过程中也达0.3%,打钻过程中喷孔频率增加,常伴随有卡钻现象,效检指标时有超标,安全威胁大,掘进速度慢,而采面推进度慢,造成采面接替严重脱节,制约了矿井的采掘生产。因此,研究改进防突措施,提高掘进速度事在必行。
2原采取的防突措施及问题
2.1原采取的防突措施
该矿原来采用的超前钻孔防突措施,即在煤层软分层中施工 80mm超前钻孔,钻孔为8个,孔深11米,煤厚在0.9米以下为单排超前钻孔,在0.9米及以上为双排钻孔,(具体见超前钻孔布置图,图1)
图1超前钻孔布置图
2.2主要存在的问题
①施工钻孔过程中常发生喷孔,卡钻现象,回风流中瓦斯浓度高达4～5%;
②效检超标频繁,补孔、延长排放时间次数多,制约了掘进速度;
③瓦斯排放不充分,掘进放炮后和作业工程中瓦斯涌出量较大,易发生突出事故。
3综合防突措施选择
根据该矿防突工作的困难程度,拟在施工超前钻孔前施工抽放钻孔,减轻瓦斯灾害,并结合超前钻孔防突措施,达到消突和提高掘进速度的目的。
3.1预抽瓦斯钻孔参数
该矿现采取预抽煤层瓦斯防突措施,具体为:在煤层软分层中布置五个直径为 80mm,深为45m,两个直径为 80mm,深为28m的抽放孔,预抽煤层瓦斯。(具体见预抽钻孔布置图,图2)
图2 预抽钻孔布置图
3.2超前钻孔钻孔参数
作为预抽瓦斯防突措施的补救措施。在效栓超标孔两边各补打两个超前孔,作为补救措施,超标两个以上,补一排钻孔。施工参数同前。煤厚在1.2m以内执行单排超前钻孔防突措施,煤厚在1.2m以上执行双排超前钻孔防突措施。
3.3其它技术要求
(1)抽放钻孔采用封孔机封孔,石膏水泥砂浆充填,封孔深度为7米。
(2)钻孔控制范围为巷道上帮3米、下帮2米,抽放半径按1.0米设计。
(3)待预抽瓦斯浓度降到6%以下时,再进行效检。
(4)效检指标klmax为0.4ML/(g.min1/2)
4抽放试验及其分析
该矿实施预抽瓦斯防突措施于一九九三年八月底开始,先后在+20Scc2Nk4进行了三个循环,在+20Scc2Nk4进行了五个循环,在+20Scc3Nk4进行了四个循环,在+20Scc3Nk4进行了二个循环,前后历时达二十个月,掘进总进尺513.5m。
4.1预抽瓦斯
在整个预抽瓦斯试验过程中,该矿钻孔由3个增加到7个;封孔材料由水泥砂浆改成石膏水泥砂浆,封孔质量显著提高,抽放时间由12天逐渐缩短为4天;抽放量明显增大,基本解决了煤层瓦斯问题。以2004年4月在+20Scc3Nk4进行的一个循环抽放试验加以说明,抽放数据见减幅度较大,瓦斯浓度下降至10%以下,抽放量仅占循环抽出量的17%,决定在管理措施和手段到位的情况下,只抽放四～五天。
4.2效检情况
共在+20Scc3Nk4进行了三个预抽瓦斯循环、十八次效检,效检时仅前三次不超标。
表1 效检指标情况表
4.3超前排放防突措施施工情况
在施钻过程中,瓦斯浓度在2%内,无喷孔、卡钻现象,每班可施工4～8个钻孔。
4.4抽放钻孔抽放半径考察
在+20Scc3Nk4试掘过程中,采用斜交线法考察了两个循环的抽放半径。斜交线法即在钻孔开口点附近处挂效检孔,沿与抽放钻孔呈110夹角施工,确保效检孔每钻进1m,效检孔沿抽放孔垂直方向上钻进0.2m。在抽放负压为13.3kpa,抽放五天的情况下,通过以上试验,测得以下数据(见表2)。
表2抽放半径考察数据表
根据等距平分,测得以上抽放半径近似值,从抽放半径反映出随抽放钻孔增长,抽放半径逐渐减小,可能与抽放孔内负压衰减有关。因该矿研究条件无法进行孔内负压衰减与抽放点距离关系的测定。
4.5综合对比分析
综合防突措施的实施,较采取超前钻孔防突措施在技术上、安全上和实际效果上都有很大的提高,具体情况见下表(表3)
表3防突效果前后对比表
通过以上效果指标对比,可以看出:在实施单排钻孔情况下,综合防突措施较超前钻孔防突措施每掘1米巷道减少钻孔进尺6.7米,循环时间缩短3天,每月效检不超标次数增加8次,掘进月进尺增加30米以上,瓦斯抽放纯量增加1100m3以上,每循环采取措施时间缩短2天。
5综合防突技术效果评价
5.1预抽防突技术不断完善
由于预抽技术还处于摸索阶段,因而走了不少弯路,抽放钻孔数由3个逐渐增加到7个,减少了消突盲区,一个预抽循环有3个效检循环效检指标不超标。
5.2效检孔布置更加合理
最初按《防突细则》的规定布置2个效检孔,经实践证明,增加了一个下向孔,控制巷道下部,杜绝了巷道下部媒体的突出。
5.3超前钻孔更有针对性
以前效检超标均是全碛头补孔。现采取哪个部位超标直接补哪个部位,只有在两个及以上的效检孔超标时才全碛头补孔,尽可能缩短补孔时间,又能满足安全生产需要。
5.4测定了煤层预抽半径
通过一个循环的预抽半径的测定,确定了在负压为13.3 kpa时抽放五天的情况下,预抽半径由1m减少到0.8m。
5.5安全性有较大幅度地提高
以往在施工超前钻孔时,常伴有喷孔、卡钻现象,瓦斯浓度高达4～5%,采取抽放措施后,几乎没有喷孔、卡钻现象,施钻过程中回风流瓦斯浓度在2%内,施工安全得到保障。
5.6区域内碛头互为被用,充分利用现有空间
因+20南三石门南北K4碛头在一个区域,共用一个系统,因而在时间和空间上合理安排,保证在一个碛头施工时,另一个碛头安排抽放,尽量在时间和空间上错开,在保证安全生产的前提下,使抽放效果更佳,总进尺也较大幅度提高,从1993年5月掘进情况,总进尺达84m。
5.7掘进速度大幅度提高
掘进速度由原来的月均30余米提高到现在的60余米,掘进速度提高100%以上。
6经济和社会效果分析
6.1减少了钻孔进尺量
每预抽循环按效检不超标三个循环计算,可节约钻孔进尺6.7米。煤厚在1.2m内执行单排超前钻孔,每循环可节约钻孔228m。
6.2提高了掘进面单进
预抽循环按效检不超标三个循环计算,每班进度1.6m,超前钻孔施工一个班,即每月可执行两个预抽循环,2004年5月实掘62.6米,(预计月进度能提高 到70多米,即两个预测循环)。较原执行超前钻孔措施月进尺30余米有较大幅度提高。
6.3增加了瓦斯抽放量
每预抽循环按1000m3瓦斯纯量计算,每头面月均 2个循环,该矿共有四个防突头,瓦斯民用可产生经济效益16.5万元。
6.4防突工作量比较及利润
每米钻孔单价9.43元,每循环少施工钻孔228m,年节约防突工作量10.3万元。掘进速度提高后,可不采取限产措施,采面每月可提高推进度20m。K4面新增产值:采面倾斜长140m,煤厚0.9m,容量1.5t/m3,月新增产量1890t。目前矿井完全成本为110元/吨,市场售价为160元/吨,月增利润9.45万元,年可产生效益113.4万元。
综上所述,全年可增加利润155.7万元。
7有待进一步完善和改进的措施
抽放负压有待进一步提高,缩短抽放时间,提高掘进速度。可在每个防突头面添置1台移动式抽放泵。抽放半径进一步减小,减少超前钻孔排放措施循环次数。找出负压与抽放钻孔长度的关系,确定一个比较合理的抽放钻孔长度。应测定煤层瓦斯含量,便于考察抽放效果。
8结论
经过近两年的试验,该矿在掘进工作面预抽瓦斯防突方面取得一定经验,提高了掘进速度。
(1)采用45m长钻孔预抽瓦斯措施,在前三个效检循环内措施是有效的。
(2)采用预抽和超前排放钻孔相结合的综合防突措施,弥补了原采用单一超前钻孔防突措施的不足。
(3)根据生产实践,调整了预抽、效检、超前钻孔的布置参数,满足了安全生产需要,提高了掘进速度。
(4)通过采用预抽瓦斯防突措施,提高了作业场所的安全性。年可创效益155.7万元,经济效益和社会效益非常明显。
关键词:掘进 预抽 防突
中图分类号:P62 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-045-02
1概况
三汇三矿可采煤层有K1、K3、K4。其中K1煤层为中厚煤层,K3、K4为薄煤层,均为突出煤层。K4作为上保护层开采,被保护层为K3、K1煤层。矿井建矿以来共发生突出59次,最大突出煤量为899t,最大瓦斯涌出量为10760m3,其中K4煤层突出41次,占矿井突出次数的69.5%。随着水平的延伸,煤层瓦斯赋存量增大,K4煤层突出危险性也随之增大。该矿现开采+20m水平,K4煤层突出危险性较上水平有较大增加,主要表现在施工超前钻孔过程中瓦斯涌出量增大,掘进工作面瓦斯超限严重,CH4浓度常达2～5%,掘进过程中也达0.3%,打钻过程中喷孔频率增加,常伴随有卡钻现象,效检指标时有超标,安全威胁大,掘进速度慢,而采面推进度慢,造成采面接替严重脱节,制约了矿井的采掘生产。因此,研究改进防突措施,提高掘进速度事在必行。
2原采取的防突措施及问题
2.1原采取的防突措施
该矿原来采用的超前钻孔防突措施,即在煤层软分层中施工 80mm超前钻孔,钻孔为8个,孔深11米,煤厚在0.9米以下为单排超前钻孔,在0.9米及以上为双排钻孔,(具体见超前钻孔布置图,图1)
图1超前钻孔布置图
2.2主要存在的问题
①施工钻孔过程中常发生喷孔,卡钻现象,回风流中瓦斯浓度高达4～5%;
②效检超标频繁,补孔、延长排放时间次数多,制约了掘进速度;
③瓦斯排放不充分,掘进放炮后和作业工程中瓦斯涌出量较大,易发生突出事故。
3综合防突措施选择
根据该矿防突工作的困难程度,拟在施工超前钻孔前施工抽放钻孔,减轻瓦斯灾害,并结合超前钻孔防突措施,达到消突和提高掘进速度的目的。
3.1预抽瓦斯钻孔参数
该矿现采取预抽煤层瓦斯防突措施,具体为:在煤层软分层中布置五个直径为 80mm,深为45m,两个直径为 80mm,深为28m的抽放孔,预抽煤层瓦斯。(具体见预抽钻孔布置图,图2)
图2 预抽钻孔布置图
3.2超前钻孔钻孔参数
作为预抽瓦斯防突措施的补救措施。在效栓超标孔两边各补打两个超前孔,作为补救措施,超标两个以上,补一排钻孔。施工参数同前。煤厚在1.2m以内执行单排超前钻孔防突措施,煤厚在1.2m以上执行双排超前钻孔防突措施。
3.3其它技术要求
(1)抽放钻孔采用封孔机封孔,石膏水泥砂浆充填,封孔深度为7米。
(2)钻孔控制范围为巷道上帮3米、下帮2米,抽放半径按1.0米设计。
(3)待预抽瓦斯浓度降到6%以下时,再进行效检。
(4)效检指标klmax为0.4ML/(g.min1/2)
4抽放试验及其分析
该矿实施预抽瓦斯防突措施于一九九三年八月底开始,先后在+20Scc2Nk4进行了三个循环,在+20Scc2Nk4进行了五个循环,在+20Scc3Nk4进行了四个循环,在+20Scc3Nk4进行了二个循环,前后历时达二十个月,掘进总进尺513.5m。
4.1预抽瓦斯
在整个预抽瓦斯试验过程中,该矿钻孔由3个增加到7个;封孔材料由水泥砂浆改成石膏水泥砂浆,封孔质量显著提高,抽放时间由12天逐渐缩短为4天;抽放量明显增大,基本解决了煤层瓦斯问题。以2004年4月在+20Scc3Nk4进行的一个循环抽放试验加以说明,抽放数据见减幅度较大,瓦斯浓度下降至10%以下,抽放量仅占循环抽出量的17%,决定在管理措施和手段到位的情况下,只抽放四～五天。
4.2效检情况
共在+20Scc3Nk4进行了三个预抽瓦斯循环、十八次效检,效检时仅前三次不超标。
表1 效检指标情况表
4.3超前排放防突措施施工情况
在施钻过程中,瓦斯浓度在2%内,无喷孔、卡钻现象,每班可施工4～8个钻孔。
4.4抽放钻孔抽放半径考察
在+20Scc3Nk4试掘过程中,采用斜交线法考察了两个循环的抽放半径。斜交线法即在钻孔开口点附近处挂效检孔,沿与抽放钻孔呈110夹角施工,确保效检孔每钻进1m,效检孔沿抽放孔垂直方向上钻进0.2m。在抽放负压为13.3kpa,抽放五天的情况下,通过以上试验,测得以下数据(见表2)。
表2抽放半径考察数据表
根据等距平分,测得以上抽放半径近似值,从抽放半径反映出随抽放钻孔增长,抽放半径逐渐减小,可能与抽放孔内负压衰减有关。因该矿研究条件无法进行孔内负压衰减与抽放点距离关系的测定。
4.5综合对比分析
综合防突措施的实施,较采取超前钻孔防突措施在技术上、安全上和实际效果上都有很大的提高,具体情况见下表(表3)
表3防突效果前后对比表
通过以上效果指标对比,可以看出:在实施单排钻孔情况下,综合防突措施较超前钻孔防突措施每掘1米巷道减少钻孔进尺6.7米,循环时间缩短3天,每月效检不超标次数增加8次,掘进月进尺增加30米以上,瓦斯抽放纯量增加1100m3以上,每循环采取措施时间缩短2天。
5综合防突技术效果评价
5.1预抽防突技术不断完善
由于预抽技术还处于摸索阶段,因而走了不少弯路,抽放钻孔数由3个逐渐增加到7个,减少了消突盲区,一个预抽循环有3个效检循环效检指标不超标。
5.2效检孔布置更加合理
最初按《防突细则》的规定布置2个效检孔,经实践证明,增加了一个下向孔,控制巷道下部,杜绝了巷道下部媒体的突出。
5.3超前钻孔更有针对性
以前效检超标均是全碛头补孔。现采取哪个部位超标直接补哪个部位,只有在两个及以上的效检孔超标时才全碛头补孔,尽可能缩短补孔时间,又能满足安全生产需要。
5.4测定了煤层预抽半径
通过一个循环的预抽半径的测定,确定了在负压为13.3 kpa时抽放五天的情况下,预抽半径由1m减少到0.8m。
5.5安全性有较大幅度地提高
以往在施工超前钻孔时,常伴有喷孔、卡钻现象,瓦斯浓度高达4～5%,采取抽放措施后,几乎没有喷孔、卡钻现象,施钻过程中回风流瓦斯浓度在2%内,施工安全得到保障。
5.6区域内碛头互为被用,充分利用现有空间
因+20南三石门南北K4碛头在一个区域,共用一个系统,因而在时间和空间上合理安排,保证在一个碛头施工时,另一个碛头安排抽放,尽量在时间和空间上错开,在保证安全生产的前提下,使抽放效果更佳,总进尺也较大幅度提高,从1993年5月掘进情况,总进尺达84m。
5.7掘进速度大幅度提高
掘进速度由原来的月均30余米提高到现在的60余米,掘进速度提高100%以上。
6经济和社会效果分析
6.1减少了钻孔进尺量
每预抽循环按效检不超标三个循环计算,可节约钻孔进尺6.7米。煤厚在1.2m内执行单排超前钻孔,每循环可节约钻孔228m。
6.2提高了掘进面单进
预抽循环按效检不超标三个循环计算,每班进度1.6m,超前钻孔施工一个班,即每月可执行两个预抽循环,2004年5月实掘62.6米,(预计月进度能提高 到70多米,即两个预测循环)。较原执行超前钻孔措施月进尺30余米有较大幅度提高。
6.3增加了瓦斯抽放量
每预抽循环按1000m3瓦斯纯量计算,每头面月均 2个循环,该矿共有四个防突头,瓦斯民用可产生经济效益16.5万元。
6.4防突工作量比较及利润
每米钻孔单价9.43元,每循环少施工钻孔228m,年节约防突工作量10.3万元。掘进速度提高后,可不采取限产措施,采面每月可提高推进度20m。K4面新增产值:采面倾斜长140m,煤厚0.9m,容量1.5t/m3,月新增产量1890t。目前矿井完全成本为110元/吨,市场售价为160元/吨,月增利润9.45万元,年可产生效益113.4万元。
综上所述,全年可增加利润155.7万元。
7有待进一步完善和改进的措施
抽放负压有待进一步提高,缩短抽放时间,提高掘进速度。可在每个防突头面添置1台移动式抽放泵。抽放半径进一步减小,减少超前钻孔排放措施循环次数。找出负压与抽放钻孔长度的关系,确定一个比较合理的抽放钻孔长度。应测定煤层瓦斯含量,便于考察抽放效果。
8结论
经过近两年的试验,该矿在掘进工作面预抽瓦斯防突方面取得一定经验,提高了掘进速度。
(1)采用45m长钻孔预抽瓦斯措施,在前三个效检循环内措施是有效的。
(2)采用预抽和超前排放钻孔相结合的综合防突措施,弥补了原采用单一超前钻孔防突措施的不足。
(3)根据生产实践,调整了预抽、效检、超前钻孔的布置参数,满足了安全生产需要,提高了掘进速度。
(4)通过采用预抽瓦斯防突措施,提高了作业场所的安全性。年可创效益155.7万元,经济效益和社会效益非常明显。