提高底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽放效果的措施

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  摘要:为了加大瓦斯矿井区域治理效果,通过对底板抽放巷穿层钻孔布孔、封孔、连孔工艺分析研究,提出了采用大直径钻孔、特制水泡皮-马丽散-铝塑管三组合封孔技术和集气箱连孔技术后,抽放效果明显提高。应用结果表明:增大钻孔直径可以有效提高瓦斯抽放量;改进和创新封孔工艺、新方法,可以进一步改善封孔效果,使得新钻孔抽放浓度均在50%以上,甚至高达60%,并且持续时间较长;集气箱的使用,解决了抽放钻场和管路积水、连接管接口漏气现象,保证了抽放系统的稳定;多种方法的成功运用,确保了矿井安全生产。
  关键词:底板抽放巷 穿层钻孔 封孔工艺 集气箱
  1 矿井概况
  新铁煤矿位于七台河市茄子河区、铁山乡管辖区内,核定能力为120万t/a,主要可采煤层为49、50、57、59、62、65、88、98、99、119共10层,总厚7.0米,煤层倾角为15°左右,为二类自燃煤层,煤尘有爆炸性。新铁煤矿为瓦斯矿井,绝对瓦斯涌出量为16.47m3/min,相对涌出量为7.94m3/t;煤层的瓦斯压力为0.29~0.64MPa。矿井总风量为22058m3/min。
  新铁煤矿地面瓦斯抽采系统于2006年建成,正在运行的有二采区地面永久泵站一套,六采区井下移动泵站一套。二采区地面永久泵站使用广东佛山CBF410-2BV3型水环真空泵,能力130m3/min,电机功率160KW;六采区井下移动泵站使用广东佛山ZWY85/160G型水环真空泵,能力85m3/min, 电机功率160KW。
  目前新铁煤矿开采的深度已经超过700m了,若在不采取合理的、可靠的措施区域瓦斯治理,就保证不了平衡的矿井采掘,也很难实现矿井安全高效发展,随着采掘工作面向深部地区的转移,瓦斯的含量及压力呈递增趋势增大。
  因此,应优先选用底板抽放巷布置穿层钻孔条带预抽瓦斯措施,在没合适的条件保护层和有围岩巷道下。为实现煤巷安全的掘进,通过穿层钻孔预抽掘进巷道瓦斯。于此同时,底部抽巷内施工穿层钻孔具有特殊的优点:不会受到煤层采掘工作的干扰,可超前进行钻孔施工和抽放在煤巷掘进和工作面回采之前,且预抽的时间不较长,充分利用了抽巷施工顶板扇形钻孔对整个的工作面进行区域预抽。
  2 底板岩巷穿层钻孔布置
  2.1 底板抽放巷及抽放钻场布置 六采区62#右八片底板抽放巷布置在距煤层法线垂距20m的煤层底板内,巷道断面采用的是锚网喷支护的规格为2.5m(高)×2m(宽)。为足够的区域抽放力度大,在保证有多余的时间钻孔工程量和预抽时间,采取在掘进底抽巷的同时隔110m 在巷道下帮开掘1个3m深的抽放钻场,钻场断面规格为2m×2.5m,能够满足打钻需要。
  2.2 穿层抽放钻孔布置 ①钻孔应该穿过煤层全厚遇见顶板为准确,应当在预抽区域内均匀地布置钻孔;应尽可能打的孔径都以提高抽放瓦斯浓度;钻孔和终孔之间应该实测有效的抽放半径为基础设计;严密的封孔则都以提高抽放效果。
  ②设计方案。服务煤巷,主要是掘进的底板抽放巷内的穿层钻孔的设计及施工。对下底板巷周围煤层瓦斯进行条带区域的预抽,利用已经掘进的抽放钻场打钻,在沿煤层正倾斜方向均匀地布孔,钻孔控制到顺槽轮廓线外上帮30m、下帮10m范围,布置钻场内5排8列共40个孔,钻孔直径94mm。钻场、钻孔布置如图1所示:
  3 提高瓦斯抽放效果的技术措施
  3.1 开始实施大直径钻孔从源头上提高瓦斯抽放量 要遵遁:“五大一深”抽放模式中的一中原则“大钻孔,开孔的孔径不能低于94mm,”要做到横成排纵成列为封孔后规范的连接,排间距及孔间距为0.3mm,在过去施工的穿层孔的孔径较小直径只有75mm,抽采出不太理想的瓦斯,通过增大钻孔直径,单孔的浓度达到50%以上,抽采效果取得了很好地效果,实践证明了钻孔直径的增大可以很好地提高瓦斯的抽采量。
  实践证明了钻孔直径的增大可以很好地提高瓦斯的抽采量,抽采效果取得了很好的效果,通过增大钻孔直径,单孔的浓度达到50%以上。
  3.2 封孔工艺改进创新 钻孔封孔是直接影响抽采效果的环节,也是瓦斯抽采工作中最为关键的环节。新铁煤矿以往采用的编织袋缠pvc管注聚氨酯封孔方法效果很不理想,且封孔长度仅为3m,钻孔抽采浓度就不高,大部分在浓度30%以下,抽放一段时间后,浓度很快就衰减到20%以下,极大程度地阻碍了瓦斯抽采工作的开展。为了解决这一问题,新铁煤矿在封孔工艺改进方面进行了创新,取得了显著效果。对新施工的瓦斯抽采钻孔封孔工艺全面改进,淘汰过去落后的封孔方法和封孔材料,采用特制冯安特-布袋-聚氯乙烯管三组合封孔技术,封孔深度由3m提高到10m,封孔管径由25mm提高到40mm,具体做法是在1根聚氯乙烯管上捆绑上特制布袋,布袋呈兜状捆绑,将冯安特按照1:1的比例调配好倒入封孔器内,随即注入到钻孔内,几秒内就可膨胀,完成封孔工作,由于试验时间短,暂未发现问题,待成熟后再进行推广应用。目前只在六采区62右八片底抽巷两个钻场进行了试验。
  根据效果的分析:新钻孔单孔抽采浓度平均都在50%以上,有的甚至60%,通过改进六采区62#右八片底抽巷穿层孔封孔工艺,抽放到5个月后的钻场瓦斯浓度依然保持在30%以上,大大地提高了瓦斯抽放的浓度,抽放的效果甚好。实践证明:深封孔及大管径是对以后瓦斯抽采工作发展道路上的必然趋势,也是提高瓦斯采取效果最有效、最直接的措施。
  3.3 “集气箱”的成功应用 在两根并行焊接的短节上焊接多个三通接头与钻孔连接,是新铁煤矿原来使用的钻场连接方式。若钻孔略有积水就会堵塞管路造成孔口负压低,该矿决定采用抽放钻场“集气箱”,针对这一问题,经过不断探讨、比拟、分析,为了避免影响瓦斯预抽效果。该装置能够使钻孔内瓦斯、水、煤岩粉三者进行分离,彻底解决了抽放钻场、管路积水问题,瓦斯被抽走,积水和杂物沉淀后通过排水孔排出,保证了预抽效果。   3.3.1 效果分析。效果十分显著,瓦斯抽放浓度(从10%到50%)通过在六采区62#右八片下底板抽放巷安装集气箱后,保证了抽放系统的稳定,消除了抽放管路积水、连接管接口漏气现象,抽放量明显提高。
  3.3.2 连接方式。集气箱与钻孔连接采用钢丝管连接,这种连接方式优点是:钢丝弹性性能较好,改为钢丝箍—螺丝固定方式,接口处不再使用传统的铁丝捆绑方式,可以保证钻孔时常处于紧密封闭状态,可以定期紧固螺丝,可以有效杜绝漏气现象。
  3.3.3 作用原理。钻孔在抽放过程中,根据三者物理性质,煤岩粉、水会自动沉积到箱体底部,会产生大量的瓦斯、水和少量的煤岩粉,而瓦斯密度小,漂浮在箱体顶部,积水和杂物沉淀后通过排水孔排出,在抽放负压的作用下,随抽放系统被抽走,形成气、水、物自然分离现象。
  3.3.4 操作步骤。在集气箱顶部焊接88个连接钻孔的直通,集气箱由钢板焊接而成,长800mm、宽800mm、高1200mm,在短面1侧焊接1个排气口和放水口,箱体一侧焊接1个短节与抽放管路连接抽放,连抽后安设闸阀进行控制,需要进行放水时,放水结束后,操作顺序反之,关闭钻场阀门,打开放水阀门和排气阀门。
  3.4 钻场管理 集气箱上每个连接管上都焊接有观测孔,以便对单孔、钻场抽放数据异常情况进行观测,每个钻场汇合处均安设1个孔板流量计进行计量,钻场抽放后,实行挂牌管理,分析、采取有效措施进行处理,它最终实现了单孔观测。
  4 结语
  ①为保证抽采系统的稳定,连接装置的创新消灭了孔与管接口漏气现象;集气箱具有成本低,易操作、无故障、可重复使用的优点,它的应用杜绝了抽采管路积水的问题。
  ②封闭性都处于最佳状态,封孔工艺的改进,钻孔从封孔到连接整个抽放过程中,为提高瓦斯抽采浓度奠定了坚实的基础,从源头上解决了钻孔漏气现象。
  ③新铁煤矿通过采取规范钻孔设计与施工抽采效果明显提高,它主要采用创新连接装置、应用集气箱、提高封孔深度、改进封孔工艺、增大钻孔直径等科学方法。
  参考文献:
  [1]马永庆.提高底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽放效果的技术措施[J].煤矿安全,2011(05).
  [2]胡殿明,王钦明.穿层钻孔抽放瓦斯技术的应用[J].煤矿安全.2002(01).
  [3]程远平,付建华,俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2009(06).
  作者简介:庞博(1985-),男,黑龙江七台河人,助理工程师,硕士学历,龙煤集团佳木斯瓦斯地质研究院从事技术管理工作。
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