论文部分内容阅读
中图分类号：TD712.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0337-01
1工作面概况
12503工作面运输顺槽设计长度1412m，回风顺槽设计长度1250m，切眼长度150m，采用综采放顶煤开采工艺生产，设计可采储量130万吨，服务年限14.4个月。2017年5月煤炭工业局测试中心对我矿5号煤层进行了瓦斯等级鉴定，矿井绝对瓦斯涌出量为2.12m?/min，相对瓦斯涌出量为1.40m?/t，采煤工作面最大瓦斯涌出量为0.11m?/min，鉴定为低瓦斯矿井。5号煤层情况：煤层厚度为2.71～7.60m，平均5.53m，含有0～5层夹矸，大部2～4层，局部0～1层，结构简单～复杂，为全区稳定可采的中厚煤层。煤层直接顶板为泥岩、炭质泥岩、细砂岩，有时为砂质泥岩，底板为泥岩、粉砂岩或细砂岩、炭质泥岩。上距4号煤层1.50m左右，4号煤层平均厚度0.8m。
2矿井通风方式
矿井采用中央分列式通风方式，主斜井、副斜井进风，回风立井回風，矿井通风方式为机械抽出式。掘进工作面采用矿用隔爆压入式对旋轴流局部通风机通风，12503工作面为U型（上行通风）通风方式。
3工作面瓦斯抽采必要性
3.1工作面瓦斯涌出量预测。12503运输顺槽全长1412m，掘进期间标高至+620m水平时，迎头瓦斯浓度0.5%，掘进工作面绝对瓦斯涌出量为：风量300m?/min×瓦斯浓度0.5%=1.5m?/min，按照每排截割40分钟计算相对涌出量为2.8m3/t。12503工作面回采期间，工作面风量按照1100m?/min分配，按每班出煤2刀，产量1200t，预计工作面绝对瓦斯涌出量为：2.8×1100/480=6.4m?/min。根据政府瓦斯鉴定要求：矿井任一掘进工作面绝对瓦斯涌出量≥2m?/min；矿井任一回采工作面绝对瓦斯涌出量≥3m?/min，为高瓦斯矿井。
3.2工作面瓦斯来源分析。12503工作面回风顺槽长1250m，5号煤层与上部邻近4号煤层相距0.36m～3.61m，平均间距1.36m，属于联合布置开采。开采12503工作面时瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分来源于采空区遗煤解吸的瓦斯和围岩涌出的瓦斯，所以大量瓦斯来自开采层本身和采空区涌出的瓦斯；根据经验预测：受邻近层受采动影响，也会向采空区释放瓦斯。因此矿井瓦斯治理的重点应放在抽放采空区瓦斯上。
3.3瓦斯抽采必要性。根据12503工作面的瓦斯预测结果，必须建立瓦斯抽采。12503工作面采用“U”型通风方式，工作面回采过程中上隅角会出现瓦斯超限问题，如果仅靠增加工作面配风风量、导风帘等常规措施解决不了工作面瓦斯问题，采空区漏风也会随之增加，会造成上隅角瓦斯浓度更难以控制，因此仅靠增加风量解决上隅角瓦斯超限问题比较困难，为提前做好瓦斯防治准备，保证工作面安全回采，该工作面必须采取瓦斯抽采措施，建立瓦斯抽采系统。
4抽放方法
根据5号煤瓦斯涌出量情况，经研究决定采用采空区临近层瓦斯抽采，即高位钻孔瓦斯抽放。通过施工高位钻孔对采空区上部临近层、破碎带、裂隙带进行卸压瓦斯抽采。
5硐室及抽放钻孔的布置及设计
5.1硐室的布置及设计。12503工作面回风巷工作面侧煤壁施工抽放硐室，第一抽放硐室由工作面向外70m处打设1号硐室，其他硐室每隔56m依次向外布置，直至12503工作面停采线之外布置最后一个抽放硐室。硐室规格为：长4m×宽（深）2.4m×高2.2m，底部留50cm底煤。
5.2钻孔的布置及设计。硐室内施工4个高位抽放钻孔，呈扇形布置，两个长120m，两个长90m。钻孔水平角度以巷道中心线为基准依次向工作面方向偏3°、6°、5°、8°；90m长的钻孔水平角为3°、6°；120m长的钻孔水平角度为5°、8°。钻孔开孔高度距底板不低于1.6m。钻孔终孔位置设置在采空区顶板裂隙带，仰角根据裂隙带高度而定，并根据工作面瓦斯抽放效果逐渐调整至最佳角度。
5.3打钻设备。煤矿瓦斯抽采钻机应符合下列要求：（1）电动机及附属电器设备必须是防爆的；（2）钻机要体积小，轻便或解体方便，以利于搬迁；（3）钻机应能打水平、上向、下向任意角度的钻孔。
6抽放系统及附属装置的要求
6.1为避免设备浪费，节约资金投入，我矿抽放泵使用矿井原有设备，设备型号：ZWY-210-G/250井下移动瓦斯抽放泵，抽气量为210m3/min、电机功率250kw，一台使用，一台备用。6.2.抽采管路的选型原则。抽采管路系统应根据井下巷道的布置、抽采地点的分布以及矿井的发展规划等因素确定，避免或减少主干管路系统的频繁改动，确保管道运输、安装和维护方便，并应遵循如下原则：（1）抽采管路通过的巷道曲线段少、距离短，管路安装应平直，转弯时角度不应大于50°。（2）尽量避开运输繁忙巷道，首选回风巷内铺设；若敷设在主要运输巷道内，在人行道侧其架设高度不小于1.8m，并固定在巷道壁上，与底板、煤壁的距离应满足检修要求。（3）管路发生故障损坏，管道内的瓦斯不得流入采掘工作面、机房或机电硐室内。6.3管路的材质及连接方式：瓦斯抽放主管路选择￠400mm的阻燃、防静电螺旋焊缝钢管，管路采用螺旋紧固法兰盘连接方式，中间夹橡胶密封垫；工作面回风巷的支管路选择189mm螺旋焊缝钢管，管路采用螺旋紧固法兰盘连接方式，中间夹橡胶密封垫。
7钻孔施工要求
7.1打钻结束、换钻孔、移钻机时，必须断开钻机的电源。
7.2打穿层钻孔揭煤时，必须慢速钻进，并随时测定孔口及作业地点的瓦斯浓度，以保证打钻地点20m范围内瓦斯浓度不超过0.8%，否则，要停止打钻，并断开电源，采取措施，进行处理。
7.3打钻中，应时刻观察钻杆钻进情况，严防卡钻；如果发现喷钻、顶钻、卡钻、响煤炮，瓦斯忽大忽小等突出预兆时，必须立即停止工作，切断电源，所有人员撤到反向风门以外安设压风自救装置处，并向调度室汇报，但不得拔出钻杆。
7.4打钻时，所有打钻人员必须思想集中，互相配合好，衣着要整齐利索，用扣扣好。不准用线绳捆扎袖口；不准围毛巾、戴手套、不准敞怀。钻机运转时，严禁靠近钻具及旋转部分；旋转部分必须有可靠保护罩，防止机械伤人、咬人事故的发生。
7.5钻机及电气设备下井前，由机电队长负责其防爆性能的检查，负责在使用过程中保证台台完好，杜绝失爆现象。稳钻前，必须首先检查维护钻场（施工地点至少10m范围内）的顶板和支护，清净煤矸和杂物，使巷道达到设计高度，确保打钻人员退路畅通无阻。
7.6钻机在运行过程中，钻机司机必须集中精力，谨慎操作，操作过程中，必须密切关注压力表的变化、钻进速度等。
8封孔要求
8.1下套管前，必须把抽放孔内煤、岩粉清理干净，同时检查顶板及巷帮支护是否要完好。
8.2下套管时，前后套管插接要牢固，人员要站在套管侧面，不要站在套管正下方，以防套管下滑伤人。
8.3下套管及封孔时，孔口做临时封堵，以防有害气体伤人。
8.4封孔前，必须清除孔内煤渣、煤粉，封孔要严密，不漏水。
8.5封孔材料采用为聚氨酯胶、棉纱。
8.6封孔管使用￠89mm3寸法兰套管，封孔深度不少于8m。
9结论
9.1经实践证明，综采放顶煤开采瓦斯治理技术采用本煤层施工钻机硐室，打设高位钻孔抽放采空区瓦斯技术具有安全可靠、经济合理、技术简单、操作施工方便，工作量小等特点。
9.2本次设计抽放硐室布置于煤层中，相对于在煤层上部施工高位抽放硐室方法，施工简单，操作方便可行，大大减轻了安全施工压力。
9.3相对于施工高抽巷道治理瓦斯技术，少施工一条全岩高抽专用巷道1250m，节约大量资金、人力、物力，根据统计，至少节约资金375万元。且保证矿井煤质不受影响，减少8250m?全岩矸石工作量，对于矿井环境保护十分有利。
1工作面概况
12503工作面运输顺槽设计长度1412m，回风顺槽设计长度1250m，切眼长度150m，采用综采放顶煤开采工艺生产，设计可采储量130万吨，服务年限14.4个月。2017年5月煤炭工业局测试中心对我矿5号煤层进行了瓦斯等级鉴定，矿井绝对瓦斯涌出量为2.12m?/min，相对瓦斯涌出量为1.40m?/t，采煤工作面最大瓦斯涌出量为0.11m?/min，鉴定为低瓦斯矿井。5号煤层情况：煤层厚度为2.71～7.60m，平均5.53m，含有0～5层夹矸，大部2～4层，局部0～1层，结构简单～复杂，为全区稳定可采的中厚煤层。煤层直接顶板为泥岩、炭质泥岩、细砂岩，有时为砂质泥岩，底板为泥岩、粉砂岩或细砂岩、炭质泥岩。上距4号煤层1.50m左右，4号煤层平均厚度0.8m。
2矿井通风方式
矿井采用中央分列式通风方式，主斜井、副斜井进风，回风立井回風，矿井通风方式为机械抽出式。掘进工作面采用矿用隔爆压入式对旋轴流局部通风机通风，12503工作面为U型（上行通风）通风方式。
3工作面瓦斯抽采必要性
3.1工作面瓦斯涌出量预测。12503运输顺槽全长1412m，掘进期间标高至+620m水平时，迎头瓦斯浓度0.5%，掘进工作面绝对瓦斯涌出量为：风量300m?/min×瓦斯浓度0.5%=1.5m?/min，按照每排截割40分钟计算相对涌出量为2.8m3/t。12503工作面回采期间，工作面风量按照1100m?/min分配，按每班出煤2刀，产量1200t，预计工作面绝对瓦斯涌出量为：2.8×1100/480=6.4m?/min。根据政府瓦斯鉴定要求：矿井任一掘进工作面绝对瓦斯涌出量≥2m?/min；矿井任一回采工作面绝对瓦斯涌出量≥3m?/min，为高瓦斯矿井。
3.2工作面瓦斯来源分析。12503工作面回风顺槽长1250m，5号煤层与上部邻近4号煤层相距0.36m～3.61m，平均间距1.36m，属于联合布置开采。开采12503工作面时瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯，另一部分来源于采空区遗煤解吸的瓦斯和围岩涌出的瓦斯，所以大量瓦斯来自开采层本身和采空区涌出的瓦斯；根据经验预测：受邻近层受采动影响，也会向采空区释放瓦斯。因此矿井瓦斯治理的重点应放在抽放采空区瓦斯上。
3.3瓦斯抽采必要性。根据12503工作面的瓦斯预测结果，必须建立瓦斯抽采。12503工作面采用“U”型通风方式，工作面回采过程中上隅角会出现瓦斯超限问题，如果仅靠增加工作面配风风量、导风帘等常规措施解决不了工作面瓦斯问题，采空区漏风也会随之增加，会造成上隅角瓦斯浓度更难以控制，因此仅靠增加风量解决上隅角瓦斯超限问题比较困难，为提前做好瓦斯防治准备，保证工作面安全回采，该工作面必须采取瓦斯抽采措施，建立瓦斯抽采系统。
4抽放方法
根据5号煤瓦斯涌出量情况，经研究决定采用采空区临近层瓦斯抽采，即高位钻孔瓦斯抽放。通过施工高位钻孔对采空区上部临近层、破碎带、裂隙带进行卸压瓦斯抽采。
5硐室及抽放钻孔的布置及设计
5.1硐室的布置及设计。12503工作面回风巷工作面侧煤壁施工抽放硐室，第一抽放硐室由工作面向外70m处打设1号硐室，其他硐室每隔56m依次向外布置，直至12503工作面停采线之外布置最后一个抽放硐室。硐室规格为：长4m×宽（深）2.4m×高2.2m，底部留50cm底煤。
5.2钻孔的布置及设计。硐室内施工4个高位抽放钻孔，呈扇形布置，两个长120m，两个长90m。钻孔水平角度以巷道中心线为基准依次向工作面方向偏3°、6°、5°、8°；90m长的钻孔水平角为3°、6°；120m长的钻孔水平角度为5°、8°。钻孔开孔高度距底板不低于1.6m。钻孔终孔位置设置在采空区顶板裂隙带，仰角根据裂隙带高度而定，并根据工作面瓦斯抽放效果逐渐调整至最佳角度。
5.3打钻设备。煤矿瓦斯抽采钻机应符合下列要求：（1）电动机及附属电器设备必须是防爆的；（2）钻机要体积小，轻便或解体方便，以利于搬迁；（3）钻机应能打水平、上向、下向任意角度的钻孔。
6抽放系统及附属装置的要求
6.1为避免设备浪费，节约资金投入，我矿抽放泵使用矿井原有设备，设备型号：ZWY-210-G/250井下移动瓦斯抽放泵，抽气量为210m3/min、电机功率250kw，一台使用，一台备用。6.2.抽采管路的选型原则。抽采管路系统应根据井下巷道的布置、抽采地点的分布以及矿井的发展规划等因素确定，避免或减少主干管路系统的频繁改动，确保管道运输、安装和维护方便，并应遵循如下原则：（1）抽采管路通过的巷道曲线段少、距离短，管路安装应平直，转弯时角度不应大于50°。（2）尽量避开运输繁忙巷道，首选回风巷内铺设；若敷设在主要运输巷道内，在人行道侧其架设高度不小于1.8m，并固定在巷道壁上，与底板、煤壁的距离应满足检修要求。（3）管路发生故障损坏，管道内的瓦斯不得流入采掘工作面、机房或机电硐室内。6.3管路的材质及连接方式：瓦斯抽放主管路选择￠400mm的阻燃、防静电螺旋焊缝钢管，管路采用螺旋紧固法兰盘连接方式，中间夹橡胶密封垫；工作面回风巷的支管路选择189mm螺旋焊缝钢管，管路采用螺旋紧固法兰盘连接方式，中间夹橡胶密封垫。
7钻孔施工要求
7.1打钻结束、换钻孔、移钻机时，必须断开钻机的电源。
7.2打穿层钻孔揭煤时，必须慢速钻进，并随时测定孔口及作业地点的瓦斯浓度，以保证打钻地点20m范围内瓦斯浓度不超过0.8%，否则，要停止打钻，并断开电源，采取措施，进行处理。
7.3打钻中，应时刻观察钻杆钻进情况，严防卡钻；如果发现喷钻、顶钻、卡钻、响煤炮，瓦斯忽大忽小等突出预兆时，必须立即停止工作，切断电源，所有人员撤到反向风门以外安设压风自救装置处，并向调度室汇报，但不得拔出钻杆。
7.4打钻时，所有打钻人员必须思想集中，互相配合好，衣着要整齐利索，用扣扣好。不准用线绳捆扎袖口；不准围毛巾、戴手套、不准敞怀。钻机运转时，严禁靠近钻具及旋转部分；旋转部分必须有可靠保护罩，防止机械伤人、咬人事故的发生。
7.5钻机及电气设备下井前，由机电队长负责其防爆性能的检查，负责在使用过程中保证台台完好，杜绝失爆现象。稳钻前，必须首先检查维护钻场（施工地点至少10m范围内）的顶板和支护，清净煤矸和杂物，使巷道达到设计高度，确保打钻人员退路畅通无阻。
7.6钻机在运行过程中，钻机司机必须集中精力，谨慎操作，操作过程中，必须密切关注压力表的变化、钻进速度等。
8封孔要求
8.1下套管前，必须把抽放孔内煤、岩粉清理干净，同时检查顶板及巷帮支护是否要完好。
8.2下套管时，前后套管插接要牢固，人员要站在套管侧面，不要站在套管正下方，以防套管下滑伤人。
8.3下套管及封孔时，孔口做临时封堵，以防有害气体伤人。
8.4封孔前，必须清除孔内煤渣、煤粉，封孔要严密，不漏水。
8.5封孔材料采用为聚氨酯胶、棉纱。
8.6封孔管使用￠89mm3寸法兰套管，封孔深度不少于8m。
9结论
9.1经实践证明，综采放顶煤开采瓦斯治理技术采用本煤层施工钻机硐室，打设高位钻孔抽放采空区瓦斯技术具有安全可靠、经济合理、技术简单、操作施工方便，工作量小等特点。
9.2本次设计抽放硐室布置于煤层中，相对于在煤层上部施工高位抽放硐室方法，施工简单，操作方便可行，大大减轻了安全施工压力。
9.3相对于施工高抽巷道治理瓦斯技术，少施工一条全岩高抽专用巷道1250m，节约大量资金、人力、物力，根据统计，至少节约资金375万元。且保证矿井煤质不受影响，减少8250m?全岩矸石工作量，对于矿井环境保护十分有利。