丰汇煤矿采西4#鉴定巷高压水力排渣方案

目录一、实施背景1二、作用机理1三、工艺流程3四、技术要求6五、效果指标8六、安全措施9七、防治瓦斯超限措施12八、其他14附表14一采西4鉴定巷高压水力排渣方案一、实施背景一采西4鉴定巷位于矿井西南部，揭煤地点北靠近马家沟向斜轴部，加之煤层埋深大，地应力大，瓦斯压力大，瓦斯含量高，煤层透气性差，难以抽采。若采取单一的预抽煤层瓦斯区域防突措施，抽采周期长，预抽效果差。高压水力排渣增透抽采瓦斯防突措施是一种行之有效的防突措施。参照外矿经验，结合本矿条件，拟在揭煤工作面底板距煤层顶板的最小法向距离5M以前，在实施预抽煤层瓦斯区域防突措施的同时，实施高压水力排渣局部防突措施，边打边抽，边排边抽，从而达到快速消突安全揭煤之目的。另一方面，我矿转为深部开采后，煤巷月进尺不足50M，回采工作面接替面临脱节的局面。在调整优化采掘部署的基础上，如水力排渣防突措施在煤巷掘进工作面能够得以成功推广应用，将对矿井实现安全高效稳产高产具有十分重要的意义。二、作用机理瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多种因素的共同作用导致煤与瓦斯突出，突出的动力是煤岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能。水力排渣过程就是煤体破坏剥落，应力状态改变，煤体空隙、裂隙增加，透气性增加，瓦斯大量释放的过程。水力排渣用于石门揭煤是以留设5M岩柱作为安全屏障，向突出煤层打钻，见煤后利用高压水射流冲击煤体，使煤层突出能量在可控的条件下缓慢释放，逐渐形成若干直径较大的孔洞。排渣过程中孔洞周围煤体向钻孔轴向移动，引起煤体的膨胀变形和煤层顶、底板岩石的显著变形，顶、底板间向孔道方向出现相向位移，从而破坏煤体原应力平衡状态，促使应力状态重新分布，集中应力带前移，孔洞周围地应力减低。煤层中新裂缝的产生和应力水平的降低打破了瓦斯吸附与解吸的动态平衡，瓦斯解吸和排放速度加快，使部分吸附瓦斯转化成游离瓦斯，而游离瓦斯则通过裂隙运移得以排放，大幅度地释放了煤体及围岩中的弹性潜能和瓦斯膨胀能，煤层瓦斯透气性显著提高。水力排渣过程排出了大量的瓦斯和一定数量的煤炭，因此在煤体中形成一定的卸压、排放瓦斯区域。在这个安全区域内，水力排渣既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，因而破坏了突出发生的基础条件，起到了有效的防治突出效果。水力排渣本孔与邻孔QT关系图见图一。T（H）Q（L/MIN）水力孔临近孔Q（L/MIN）抽采纯量T（H）时间图一水力排渣本孔与邻孔QT关系图三、工艺流程1、设备及管路选型（1）钻机选用ZDY4000S型煤矿用全液压坑道钻机，钻杆直径73MM，扩孔钻孔钻头直径113MM，透孔钻头直径94MM，套管直径108MM。（2）钻冲一体化装置（矿用水力排渣装置）选用KSC13012高低压自动转换水力冲孔装置，泵压分12MPA和19MPA高低两档，钻头为自动转换钻头，成孔、扩孔一次成型。（3）高压水表选用SGS双功能高压水表，压力025MPA，流量025M3。供水管路选取32MM高压胶管。（4）排渣三通、密封防喷装置、气水煤分离器、集气箱、积水箱，自制。2、布孔方法水力孔利用预抽钻孔或在预抽钻孔之间相间品字形布孔，同排（行）相隔2个孔布置一个。邻孔采取加密观测，通过观测邻孔瓦斯浓度、流量变化情况，验证排渣效果，从而确定水力排渣的有效影响半径，以进一步优化布孔和排渣参数。3、施工工艺孔口安设三通套管，岩柱初始段下2M长固结套管，并外露04M以便安设孔口三通和孔口防喷装置，套管与钻孔之间采用AB料固孔。固结套管管口与钻杆之间的空隙采用组合法兰盘密封防喷。通过孔口三通90MM支管将瓦斯、水、煤渣引入水封式气水煤分离器中。气水煤分离器分离的瓦斯含有大量水汽，经过集气筒上的90集气管进入密闭式集气箱进行水气分离，密闭式集气箱上的90MM集气管与325MM抽采管联通，集气箱底部收集的冷凝水通过108MM管路流入积水箱内。积水箱底部设放水阀。汽水煤分离器分离的渣水靠自重分离到铁桶内，铁桶桶壁08M高度位置焊接108溢流管。溢流时水通过管路依次流入1沉淀池、2沉淀池、水仓内。气水煤分离器的集气筒底部焊接3个支腿，支腿底部用螺栓固定在铁桶桶底。掘进迎头6M留设1M高台阶，台阶底板并排铺设3M长坑木4根，间距1M，硬化02M厚，向外有一5流水坡度。紧邻台阶砌筑沉淀池，规格长50M宽2M深05M。沉淀池四周应用砌块砌墙并用水泥砂浆进行粉刷，底板浇筑混凝土01M厚，中间隔墙05M高，外墙高065M，两道墙上靠帮留出水口，规格宽02M，高01M。沉淀池上并排铺设5CM厚木板2块，用钢管做拦杆防止人员失足落水。外墙外砌筑梯道，方便人员上下。水仓利用一采西迎头已做水仓，规格长42M宽4M深15M。沉淀池和水仓之间靠帮挖毛水沟，规格宽03M高02M。F05时，泵压取12MPA，流量取125L/MIN；F05时，泵压取19MPA，流量取200L/MIN。水力排渣后，采用临时封孔器封孔进行瓦斯抽采，抽采时间不少于24H，然后再用封孔材料进行永久封孔。4、排渣顺序水力排渣钻孔终孔位置位于巷道轮廓线外35M处，根据影响范围可布置排渣钻孔610个，在石门工作面的中央布置一个检查孔。为避免各孔之间的卸压干扰，应先排巷道断面外的对角孔，再排中间孔，最后排断面内的钻孔。水力排渣设备及管路布置示意图见图二。5、水力排渣消突有效影响半径测定（1）流量测定法根据瓦斯径向流动理论，瓦斯将由压力大的地方向压力小的地方运移，由于空洞周围卸压范围煤体内的裂隙进一步扩大，煤层透气性系数提高，瓦斯抽放量大幅提高。故可以对比分析排渣前后钻孔瓦斯抽放浓度的大小来判别高压水射流的影响范围，即排渣有效半径的距离。以此为依据，将水力排渣的钻孔作为被考察孔布置在中央，其他考察孔布置在四周，其中相临抽放孔1个，隔一个抽放孔2个，隔2个抽放孔1个。先施工考察孔，每完成一个钻孔立刻进行连抽，测定钻孔瓦斯的浓度和流量。最后施工被考察孔，进行水力排渣。开始排渣时每隔5MIN测定一次考察孔的钻孔流量，共测定至少5次。（2）压力测定法在流量法测定排渣有效影响半径的基础上，选定周边2个抽放孔作为考察孔，采用压力测定法对流量法测定的有效影响半径进行验证。测定方法及频次同流量测定法。四、技术要求1、影响排渣效果的要素水量、水压、排渣钻头孔眼设计、钻杆直径与孔径差、煤的坚固性系数等。供水量不变时，孔眼个数越少、孔眼直径越小，水压越大，排渣越多，如果钻杆直径与孔径差过小，容易堵塞钻孔，造成喷孔或埋钻；反之，供水量不变时，孔眼个数越多、孔眼直径越大，水压越小，排渣越少，甚至排不出渣。煤越硬，需要的水量越大、水压越高、钻杆直径与孔径差越大。2、高压水管、高压压力表、高压闸阀、高压水辫、钻杆承压能力应与高压水泵的压力相匹配，且不低于高压水泵的压力。3、高压管、水辫、钻杆等接头必须加装密封装置，减少漏水，附图二水力冲孔设备及管路布置示意图水仓2沉淀池1沉淀池矿用水力冲孔装置钻机密封法兰盘水煤气分离装置集气箱积水箱排渣三通水辫90高压压力表13108941081083232水沟1310894AA108高压水表水泵确保高压泵压力不小于18MPA。4、排渣地点20M范围内应安设高压抗震压力表和卸压阀，合理控制排渣压力，并满足快速卸压需要。5、利用穿层钻孔高压水力排渣，可根据单孔排出煤量等效果判断，确定排渣间隔一个孔或两个孔，但应保证钻孔间不存在空白带。6、孔口防喷装置和气水煤分离器完善可靠，避免瓦斯泄漏超限。7、施工后喷孔严重的应进行临时封孔预抽，再次启封排渣前应重新透孔，然后实施高压水力排渣。8、高压水力排渣后的穿层钻孔应严格按照“两堵一注”封孔的方式实施带压封孔。9、高压水力排渣过程中出现相邻钻孔冲透串孔时，本钻孔停止排渣，下一排渣钻孔应间隔一定距离。10、气水煤分离器的煤应由专人随时捞出装入编织袋内，装满后及时扎口并计数。一级沉淀池和二级沉淀池挖出的煤泥也要装袋计数。一个沉淀池清挖时必须使用另一个沉淀池。11、应建立高压水力排渣管理台账，详细记录钻孔孔号、班次、见煤深度、穿煤长度、排渣压力、排渣时间、排出煤量等参数以及排渣操作人员等内容。12、高压水力排渣钻孔单列或单组总排出煤量应在钻孔竣工图上详细标注。五、效果指标1、倾角在0及以上的穿层钻孔，排出煤量应达到平均控制煤体煤量的610。2、倾角在0以下的穿层钻孔，排出煤量应不小于平均控制煤体煤量的3。3、按照每个孔排出煤量累计相加，计算排出煤量与措施控制范围内的煤储量的比值，作为排出煤量考核指标。4、严禁以排代抽，排渣指标不得作为消突指标，排渣地点必须严格按照规定进行抽采达标评判。六、安全措施1、高压泵站距离排渣地点不小于50M，附近5M范围内必须安设甲烷传感器。高压泵站以及其他所有电气设备必须实现甲烷电、风电闭锁。2、工作地点附近安设直通调度室的电话，确保通讯畅通，供水、供电、通风以及瓦斯监测等方面一切正常。3、排渣地点压风自救装置无风、风量不足、消防设施、灭火器材及安全设施不到位时，严禁开钻。4、排渣前检查钻场工作面围岩及顶板支护情况，随时进行敲帮问顶。钻机、水泵摆放平稳，打牢压紧。各类电气设备、管线、钻杆、工具要放在巷道的同一侧，分类码放，吊挂整齐。5、作业人员必须衣扣整齐，灯带系好，开钻后与钻机保持一定距离。打钻排渣作业时两金属物不准互相撞击。6、排渣钻场地点必须设专职瓦检员，且在排渣地点悬挂便携式甲烷、一氧化碳报警仪。回风流中甲烷浓度达到08时立即停止作业，撤出人员并汇报调度室。7、排渣过程中必须随时对孔口的甲烷浓度进行检查，以钻孔为圆心，半径04M，距岩壁06M以外，瓦斯浓度不得超过08，距岩壁0206M以内，瓦斯浓度不得超过2（距岩壁02M以内不做限制），否则必须停止打钻，撤出人员。8、钻机要稳牢固，防止高压排渣时钻机移动或倾倒。9、开钻前，至少开泵试运转1次，检查系统的可靠性。检查钻机是否运转正常，高压水管路是还连接紧密牢固，保证高压水管路每个连接处都有“U”卡，不得用螺栓代替。10、采用钻机推动钻杆排渣时，应首先检查确认钻杆、高压胶管、高压水辫等处是否连接牢固、固定可靠。待高压水泵出水压力达到要求后，开动钻机匀速推进钻杆进行排渣作业。11、在操作排渣过程中严格控制钻机加压量，保证不因压力过大导致钻孔偏斜、钻杆夹死，或堵塞钻头（打闷）。出现动力现象（如顶钻、夹钻、喷孔等），必须停止排渣。12、排渣时，所有人员严禁站在钻机后方，防止回转器卡不牢钻杆时，钻杆快速退出伤人。13、排渣过程中要反复进退钻杆，尽可能多排煤，并注意观察钻孔是否正常出水和煤，防止摩擦产生高温引燃瓦斯、煤尘。排渣确实困难时，不准硬给压力，应继续进行反复排渣。14、排渣时应分段排，均匀钻进。钻机推进完一根排渣钻杆时，若孔口仍有大量的煤渣排出，应缓慢推拉钻杆直到钻孔内返水量正常，且排出煤渣显著减少后，方可结束该根钻杆的排渣作业。15、应在钻孔返水正常时接卸钻杆，以防止堵孔和卡钻。钻孔出现淤煤堵塞现象时，必须查清原因进行处理，淤煤排出后方可继续排渣。16、不得带压拆接高压管路、钻杆，拆接时必须先关停高压水，待排渣三通排出停止时方可取开钻杆（卸压后）。在人工取下钻杆及加钻杆时，钻机的控制开关必须打到停止位置，不得违章作业。必须采用钻机排渣，严禁人工排渣。17、排渣过程中要设专人观察钻孔的出水和排渣情况，严禁人员正对排渣钻孔站立和行走。发现钻孔停止排出水、煤、有毒有害气体涌出、喷孔等异常情况时，必须停止打钻，停电撤人，采取措施进行处理，并向调度室汇报。18、排渣过程中应根据煤层赋存条件和巷道布置情况控制单孔排出煤量，以防止排渣空洞过大、避免后期掘进支护困难。19、高压水力排渣作业前应做好预知预判，水力排渣作业期间，对可能影响的巷道，必须严格执行站岗警戒、撤人断电制度，避免无关人员误入排渣影响区域。20、排渣地点的回风系统存在冒顶、片帮、断面不足、回风不畅等重大安全隐患，必须及时组织处理，修复之前严禁进行高压水力排渣作业。21、实施水力排渣期间，两道风门以里严禁从事其他扰动煤体的作业活动。22、气水煤分离器分离出的煤渣应及时装袋码放整齐，装车运走，不得影响通风、施工和人员通行。施工后方靠帮挖水沟，附近底板应平整并向水沟方向留设不小于10的流水坡度。23、每班排渣情况由当班组长填好排渣记录，做到详细准确。24、施工单位必须有管理人员现场跟班指挥。七、防治瓦斯超限措施（一）原因分析1、穿层钻孔初见煤体或进入软煤发育区时，由于钻孔打破了原有瓦斯赋存平衡状态，致使煤层中大量的高压瓦斯瞬间解吸，喷出钻孔引起瓦斯超限。2、软煤发育区瓦斯含量高，钻孔塌孔严重，积渣堵塞钻孔后排渣不利，当压力聚积到一定程度后，煤渣与瓦斯突然喷出，引起瓦斯超限。3、钻机退钻过程中，由于退钻速度快，大量的瓦斯和煤体快速涌出，引起瓦斯超限。4、穿层钻孔进行水力排渣期间，由于高压水体快速剥离煤体，大量的瓦斯及煤渣在高压水流的作用下瞬间喷出钻孔，引起瓦斯超限。5、打钻期间不使用防喷装置，造成喷孔时瓦斯直接进入巷道风流中，引起瓦斯超限。6、防喷装置抽采连接管管径细或防喷装置与钻杆接触区域封闭不严等原因，造成喷孔时部分瓦斯进入巷道风流中，引起瓦斯超限。7、巷道配风量小，不能有效稀释打钻期间涌出的瓦斯，引起瓦斯超限。（二）防治措施1、管理措施（1）通风系统合理可靠。（2）探测煤层和瓦斯基础参数，弄清瓦斯赋存状况。（3）瓦斯监控有效可靠。（4）加强电气设备管理，杜绝失爆。（5）加强打钻地点的监督检查，确保措施到位。（6）加强防突培训，提高安全防护意识。2、技术措施（1）保证施工地点配风量。（2）确保钻孔排渣全程连抽。（3）使用防喷装置。（4）提高各连接部位密封性能。（5）合理安排钻孔施工顺序，充分利用已连抽钻孔的卸压作用，降低喷孔强度。（6）增加气水煤分离器抽采三通。（7）排渣过程中，根据钻孔瓦斯涌出情况及时调整钻进速度。（三）处置措施1、打钻期间发生喷孔时，必须立即停钻，且不得拔出钻杆，1小时后待瓦斯涌出稳定，方可重新开钻。2、水力排渣期间，造成瓦斯超限时，必须立即停泵、停水，待瓦斯涌出稳定后，方可恢复正常工作。3、瓦斯超限后，必须按措施规定立即断电、撤人、汇报，风流瓦斯浓度恢复正常后，人员方可进入工作。4、打钻和排渣期间，严禁人员正对钻孔，防止喷孔伤人。5、打钻和排渣期间瓦斯超限后，要认真进行原因分析，采取针对性措施，并形成分析报告