义附江苏煤矿瓦斯防治实用技术

1 36 江苏煤矿瓦斯防治关键技术江苏煤矿瓦斯防治关键技术 1 1 江苏省煤矿瓦斯概况江苏省煤矿瓦斯概况 目前江苏省共有生产矿井 19 对 其中徐矿集团张集煤矿 夹河 煤矿 张小楼井为煤与瓦斯突出矿井 其余为瓦斯矿井 各矿瓦斯鉴 定情况如下 b5E2R 江苏煤矿瓦斯鉴定情况表 瓦斯 CH4 二氧化碳 CO2 绝对量相对量绝对量 相对 量 矿井 m3 minm3 t 采区最 大相对 量 m3 t 等 级 m3 minm3 t 采区最 大相对 量 m3 t 等级 旗山煤矿5 481 885 79 瓦 斯 6 82 338 23低 庞庄煤矿9 986 087 14 瓦 斯 8 515 198 47低 张小楼井35 5912 7627 01 突 出 8 23 6719 34低 夹河煤矿45 9516 523 77 突 出 145 037 96低 张集煤矿9 498 338 27 突 出 7 576 646 54低 三河尖矿9 792 3623 16 瓦 斯 11 662 8139 7低 公 司 张双楼矿5 261 223 45 瓦 斯 13 563 159 7低 孔庄煤矿5 652 065 09 瓦 斯 5 031 844 21低 姚桥煤矿0 040 0060 052 瓦 斯 5 131 0 76 5 5 9低 徐庄煤矿0 0350 0130 117 瓦 斯 4 831 1 81 5 15 479低 大屯公司 龙东煤矿0 0170 0070 014 瓦 斯 3 417 1 44 9 3 504低 新庄煤矿0 471 371 05 瓦 斯 0 942 742 13低 华润天能 柳泉煤矿2 23 24 47瓦2 854 087 2低 2 36 斯 龙固煤矿0 320 30 3 瓦 斯 2 542 411 11低 沛城煤矿2 615 162 81 瓦 斯 2 745 422 55低 柳新煤矿1 142 882 58 瓦 斯 1 823 713 33低 大刘煤矿1 033 522 05 瓦 斯 1 86 153 8低 王庄煤矿1 312 11 29 瓦 斯 2 443 912 64低 扬州 拾屯煤矿1 124 951 17 瓦 斯 1 586 981 75低 2 2 瓦斯抽采系统瓦斯抽采系统 江苏煤矿结合矿井瓦斯治理实际情况 开展以瓦斯抽采为主地 瓦斯治理技术研究 首先按照大流量 高负压 分源瓦斯抽采地要求 建立完善地面及井下瓦斯抽采系统 p1Ean 根据瓦斯涌出量预测 矿井瓦斯抽采量预计以及抽采达标要求 三个瓦斯突出矿井张小楼井 夹河煤矿 张集煤矿均建立了地面永 久瓦斯抽采系统 各矿安装两台抽采能力 415m3 min 地 2BEY67 型水 环真空泵 其中一台工作 一台备用 DXDiT 另外考虑到分源瓦斯抽采需要 三对瓦斯突出矿井及大屯煤电 公司孔庄矿各建立一座井下瓦斯抽采泵站 张小楼井在 1025m 西一 下山采区建立一座瓦斯抽采泵站 安装 7 台瓦斯泵 其中 2BE1 355 型瓦斯泵 3 台 2BEY 42 型瓦斯泵 4 台 总抽采能力 537m3 min 夹 河煤矿 1200m 西一采区建立一座瓦斯抽采泵站 安装 8 台瓦斯泵 其中 2BE1 355 型瓦斯泵 4 台 2BEY 42 型瓦斯泵 4 台 总抽采能力 3 36 514m3 min 张集矿在 1260m 水平建立一座瓦斯抽采泵站 安装 2BE1 355 型瓦斯泵 3 台 抽采能力 200 m3 min 目前徐矿集团瓦斯 抽采能力 2496m3 min 孔庄矿在 1000 水平建立一座瓦斯抽采泵站 安装 2BE1 355 型瓦斯泵 2 台 抽采能力 100 m3 min RTCrp 地面瓦斯抽采系统主干管路 530mm 井下分支管路 300mm 250mm 200mm 3 3 瓦斯防治关键技术瓦斯防治关键技术 3 13 1 水力射流切割快速揭煤防突技术水力射流切割快速揭煤防突技术 石门揭煤一直是困扰煤矿安全地难题 采用水力射流切割技术虽 然能够实现快速打钻消突揭煤 并且在诸多地石门快速揭煤工艺中 随着水力射流技术地发展 逐渐形成了一整套地水力集成工艺措施 从水力扩孔 刷孔 水力切割 水力割缝 发展到自激振荡脉冲水 射流割缝和气相脉冲水射流切割技术 尽管水力射流切割目前在技 术原理上有所突破 但是 在水力射流切割技术地实践应用方面还存 在一定地技术难题 尤其是开采进入深部后 如何实现大埋深 高地 应力 低透气性条件下地石门揭煤是矿井安全生产亟待探索解决地 应用课题 5PCzV 3 1 13 1 1 技术原理技术原理 利用高压水射流反复切割破碎煤体 当在高压应力作用下发生 流变或蠕变地煤体出现塌孔憋孔现象时 高压水楔入钻孔周围煤层 原有地裂隙中进行扩散 渗透和压裂煤体 使煤体空隙 裂隙不断 扩张 贯通 膨胀变形和相向位移 逐渐形成一个较大尺寸地煤孔 4 36 空洞 增大抽放孔地直径 大幅度地疏松 挤压 释放煤体中地瓦 斯 人为可控地诱发钻孔内地煤与瓦斯喷出 消除激发突出地应力 和瓦斯压力 在围绕钻孔切割形成一个塑性变形区和卸压圈 增大 了煤体抑制突出地阻力 起到了综合防突地作用 jLBHr 3 1 23 1 2 技术应用技术应用 3 1 2 13 1 2 1 地点概况地点概况 张集煤矿北翼延深采区在 1260m 水平 将来主采煤层为山西组 9 煤 该煤层深部瓦斯含量不是很高 但瓦斯压力超过了 0 74MPa 在北翼盘区开拓期间 9 层煤地瓦斯测定参数为 瓦斯压力最大值 1 2MPa 原始含量为 4 023 10 23m3 t 煤层坚固性系数 最小 f 0 29 瓦斯放散初速度 p 12 35mmH2o 同时 由于受火成岩体侵 蚀影响 深部地应力高 xHAQX 本次现场施工地点为北翼延深 1250m 轨道大巷石门 巷道设计 长度 110m 前期 68m 为平巷 后期调整为上山掘进 倾角 10 15 巷道规格为 净宽 4 5m 中高 3 85m 半圆拱型 揭露 9 煤地标高在 1253m 煤层倾角 5 8 沿走向近水平 煤厚 1 5 2 0 0 6 0 7 0 8 1 1m 其中 9 2 煤体坚固性系数大于 0 5 9 1 煤顶板下 软分层厚度为 0 2 0 4m 9 煤顶板为细砂岩 平均厚度为 13 1m 底 板为粉砂岩 平均厚度为 4 4m LDAYt 3 1 2 23 1 2 2 装备装备 选用型号 DRB200 31 5 型煤矿用乳化液泵 高压管路选用内径 分别为 25mm 和 32mm 钻机钻具选用 ZDY 1900S 型液压钻机 5 36 高压钻杆 63 5mm 钻头 108mm 用于切割钻孔地施工 切割喷 头选择 1 8 mm 及溢流阀装置 射流切割系统布置如图 3 1 Zzz6Z 图 3 1 射流切割系统布置示意图 1 乳化液泵 2 乳化液箱 3 液压钻机 4 水辫 5 钻杆 6 钻头 7 液压表 8 溢流阀 9 操作台 3 1 2 33 1 2 3 钻孔设计钻孔设计 根据煤与瓦斯地赋存特点 在工作面上山掘进至迎头法线距离 9 煤底板 5m 停止掘进 设计 5 排 共 26 个钻孔 所有钻孔终孔位置 须穿过煤层进入煤层顶板不小于 0 5m 超前钻孔地控制到巷道断面 轮廓线外 12m 钻孔间距地确定应取决于割缝地有效影响半径 根据 钻割一体化防突设备地实验室实验测得 其有效影响半径最大可达 4m 因此为保证防突效果 布置地切割钻孔孔底距设计为 3 5 米 具 体见图 3 2 dvzfv 6 36 1250m石门 10 0 上山 1235m回风大巷 1260m轨道大巷 17 22号 1 5号 6 10号 11 16号 23 26号 2425 2623 12345 6 17 7 18 8 19202122 9 10 11 1213 14 1516 停头位置 3点前97 5m 1260 1250 9 煤 2 揭煤点停头 位置 6 10号 1 5号11 16号 23 26号 17 22号 揭煤剖面图 1 200 钻孔布置图 1 50 9 煤 1 1235m回风联络巷 1250m轨道石门 图 3 2 钻孔布置图 3 1 2 43 1 2 4 应用双层套管钻进及割缝技术实现深孔钻进应用双层套管钻进及割缝技术实现深孔钻进 在 1250m 水平高地应力条件下采用双层套管钻进施工工艺 实 现防塌孔深孔钻进 同时采用高压水辅助钻进 所需要地扭矩和推力 都很小 钻孔容易保持沿直线钻进 遇到软分层 在高压水射流地 作用下很快可以穿过 保证成孔质量 钻孔在经水力割缝超前卸压地 基础上 反复使前方煤体压应力峰值位置前移 钻孔施工能够突 破高地应力条件下孔深极限 使钻孔深度达设计要求 rqyn1 3 1 2 53 1 2 5 工艺流程工艺流程 施工顺序 安装钻机 接钻杆 定钻 打钻 判别煤层位置 进钻到指定位置 调试溢流阀 冲整个煤段 返水变清 Emxvx 技术关键 1 先打钻进行 点 地渐进式消突 先施工巷道中间一排 钻孔 打钻卸压 2 在点与点形成面地消突基础上 合理选择水射流地水压进行 7 36 扩孔 防止水压过高诱导突出 3 合理选择射流切割地顺序 人为可控地进行单孔扩孔 或 诱导孔内瓦斯喷出 4 防喷孔 防瓦斯等安全防护装置地创新 3 1 2 63 1 2 6 射流切割钻孔煤体防突技术应用过程中地问题及改进射流切割钻孔煤体防突技术应用过程中地问题及改进 1 存在问题 高压射流水压过高 液压系统压力过高易出现系统连接部位水流泄漏 高压水射流 伤人 特别是钻杆分水器 水辫 部位及钻杆连接处易出现刺密封圈 水流泄漏现象 高压泄漏点地存在 给安全操作带来一定地风险 在 处理钻头被堵 拆卸钻头过程中有时会出现钻杆内地高压水射流突 然喷射现象 系统压力过高 瞬时作用到切割煤岩体中 易造成煤岩 体整体位移剥离 SixE2 卡钻断钻杆现象 孔口钻屑排渣不畅 大量煤体颗粒不断聚集挤压在孔壁周围而 将钻杆和钻头箍紧 抱紧 终使钻杆所受摩擦力大于钻机地扭矩力 而发生钻头无法进退即卡钻事故甚至断钻杆事故地发生 6ewMy 钻杆中空孔径为 15mm 在钻杆地接头丝扣连接部处于承受力薄 弱地环节 当钻杆扭矩力过大超过其抗扭强度 特别是在钻孔因导 向性差易出现钻孔弯曲情况下 钻杆所受扭矩力大于抗弯曲强度时 易出现钻杆断裂 kavU4 憋孔喷孔现象 8 36 切割过程中 孔内大量地钻屑难以从孔口顺畅排出 易出现孔 口长时间不出水憋孔 最终形成喷孔现象 喷孔所形成地高压水射流 携带大量煤体颗粒 甚至夹带从岩体中剥离出岩块瞬间喷出 存在 安全风险 同时 易出现相邻钻孔地串孔和喷孔 使施工人员疏于防 范 甚至在钻孔施工结束起完钻杆后 仍然会出现因压应力地不平衡 形成延时喷孔现象 y6v3A 在高压水流切割挤压 外力扰动作业下 诱导和激发钻孔瓦 斯喷出 形成瞬时瓦斯超限 切割空洞内积聚瓦斯 经切割后 煤体内部形成空洞 为瓦斯 积聚提高了空间 甚至形成瓦斯库 2 采取对策 加强安全防护 在迎头施工钻场 作为安全躲避硐室 进行水 流切割作业时 人员可有效避开喷孔影响范围 同时 对防喷孔装置 进行改进提高安全防护地可控性 M2ub6 规范操作 合理选择从里向外切割顺序 为防止埋钻和憋孔 可相应控制切割速度或进行间歇式切割 同时 合理选择切割系统地 射流压力 切割初始压力可调整为 5MPa 然后缓慢上调至 15 MPa 左 右 发现异常及时打开溢流装置 使系统压力为零 钻孔切割时注 意观察供水压力 水压保持在 20MPa 以下 更换钻杆前 先关闭截 止阀并观察压力表 等水压下降到零时 再缓慢拧开钻杆 0YujC 创新改进工艺 更换光杆为螺旋钻杆 在排渣水压和螺旋曲 线作用下 麻花钻杆能够将水流钻屑沿钻孔挤压搅运出来 以保证 9 36 钻孔地相对成型度和排渣地顺畅 达到防卡钻地目地 在 1250m 轨 道大巷石门切割期间 更换麻花钻杆后 钻孔地排渣效果 发生了 根本性地逆转 排渣水与炭地比 由原来地排出 2 3 地水 1 3 地炭 变化为 2 3 地炭 1 3 水 eUts8 配齐安全防护设施 切割时 在孔口安装防喷孔气渣分流器 进行二级分离 有效将瓦斯分离再来 分离出来地瓦斯并入抽采系 统 sQsAE 提高切割总成质量 对断钻杆地原因和水辫经长时间使用后就 会出现水压泄漏原因进行分析 从改进钻杆和水辫铸造工艺结构入 手 提高抗扭 抗弯 抗磨强度 同时 规范切割操作流程 确保钻 孔成型效果 GMsIa 封孔抽放 切割完成后 所有钻孔用随打即抽胶囊快速封孔 进行瓦斯抽放 经抽放后 再采用封孔袋 聚氨酯封孔原料 在预 定地孔深进行小循环地封孔处理 防治瓦斯在放炮过程中大量涌出 TIrRG 3 1 2 53 1 2 5 效果效果 通过水力射流切割技术应用 进一步考察了适合张集煤矿深部 采区大埋深 高压力 低透气性典型煤层赋存特点地水力射流切割 工艺及技术参数 通过减少钻孔地数量 优化切割钻孔布置方式 在减少措施工程量和缩短施工时间地情况下 达到了少打孔 多出 煤 多排放瓦斯地效果 7EqZc 1 揭煤时间明显缩短 在未使用水力切割技术前 我矿在 1235m 回风石门揭煤过程中 10 36 从 2011 年 9 月 26 日开始施工措施钻孔 历时半年多时间揭开煤层 使用后 1250m 轨道大巷石门从 4 月 4 日早班开始施工措施孔到 4 月 26 日夜班水力切割完成 到效检测压达标仅用 1 个多月时间 lzq7I 2 工程量大幅度减少 1235m 回风石门总计施工钻孔 158 个 钻孔总进尺 5496m 联 网抽放近四个月 注浆历时半个月 合计注浆 31m3 1250m 轨道大 巷石门使用水力切割技术施工措施孔 26 个 钻孔总进尺 687 3m 测压孔 5 个 检验孔 5 个 合计施工钻孔 36 个 相比工程量有很大 幅度减少 zvpge 3 瓦斯抽排量明显增加 1235m 回风石门合计瓦斯抽放量为 3154m3 风排瓦斯量为 4624m3 1250 轨道大巷石门打钻及切割期间风排瓦斯量为 5558m3 打钻时排出炭量 15t 水力切割时排出炭量为 76 4t NrpoJ 4 卸压效果更为明显 钻孔射流切割技术地应用后 钻孔等效半径平均为0 73m 比原 始孔径平均增大了13 5倍 使瓦斯释放影响半径平均达6 0m 切割 后地钻孔等效半径最大达到1 17m 比原始孔径增大了21 6倍 使瓦 斯释放影响半径最大达8m以上 单孔切割出煤量平均为2 5t 总切 割煤量达76 4t 诱导喷孔 挤压释放瓦斯量为5558m3 钻孔瓦斯排 放量提高25 瓦斯压力由原来地1 3MPa降到了0 3MPa 整个揭煤时 间相对缩短84 消突卸压效果有了量地概念 成效显著 1nowf 通过高压水流切割冲刷煤体 使煤层孔隙率增大 裂隙向更为 11 36 纵深煤体处延展 煤层透气性增强 使具有较大地应力和瓦斯压力 突出能地突出煤体地高能区在短时间内起到很好地卸压平衡效果 fjnFL 3 23 2 煤巷掘进工作面顺层长钻孔防突技术煤巷掘进工作面顺层长钻孔防突技术 掘进工作面是保护层开采过程中防止煤与瓦斯突出地重点 必 须坚持区域防突措施先行 局部防突措施补充地原则 保护层掘进工 作面区域防突措施主要有穿层钻孔和顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦 斯 穿层钻孔预抽瓦斯需要沿工作面上下顺槽布置两条底板瓦斯抽采 巷道 优点是安全性好 不影响回采巷道掘进 缺点是成本高 进 度慢 加之二叠系山西组 7 煤 9 煤均为低透气性煤层 透气性 0 18 0 24m2 Mpa2 d 钻孔与煤体接触面积小 抽采效果不高 因 此 对顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯防突技术进行研究 解决钻 孔深度浅 钻进速度慢难题 提高顺层钻孔预抽区域防突措施地安 全性 tfnNh 3 2 13 2 1 掘进工作面基本情况掘进工作面基本情况 7449 工作面预计标高在 1040 1150m 之间 由于煤层埋深大 地应力大 加之煤层瓦斯压力高达 2 2MPa 7 煤硬度系数 f 0 49 0 67 煤层顶底板多为页岩或砂页岩 属典型地 三软 煤层 在煤层中打钻时 容易出现 夹钻 垮孔 喷孔 等现象 严重影响打钻深度和速度 制约掘进工作面单进水平 HbmVN 7449 工作面走向长度 1150m 倾向长度 145m 该面煤层结构较 简单 煤层厚度 1 0 2 8m 平均 2 3m 煤层倾角 18 30 平均 22 皮带机道设计宽度 4 7m 高 2 7m 切眼设计宽 3 7m 高 12 36 2 6m 采用梯形断面 锚网梁索方式支护 工作面布置见图 3 3 V7l4j 图 3 37449 工作面通风系统图 7449 材料道外段为 7447 皮带机道沿空留巷 里段与 7447 皮带 机道留设 6m 煤柱 因 7447 皮带机道掘进期间已经在下帮施工平均 长度为 64m 地顺层平行钻孔 经验证 属抽采达标区域 不采取区 域防突措施 本研究在 7449 皮带机道掘进工作面进行 83lcP 3 2 23 2 2 长钻孔钻进技术研究长钻孔钻进技术研究 在高地应力和高瓦斯压力作用下 钻头在钻孔内切削煤体时 产生大量地煤粉 加之钻杆转动与孔壁产生地煤粉 钻孔内煤粉量 很大 排渣不畅时钻孔内阻力逐渐增大 当钻孔内地阻力超过钻机地 最大转动能力时 出现卡钻现象 另外钻孔达到一定深度时 无法 钻进 mZkkl 7449皮带机道 1200皮带暗斜井 1200回风暗斜井 1150 4 1085 6 1065 9 1054 9 1048 1 1039 1047 3 1147 2 1131 1120 1104 1112 永久风门 回风风流 进风风流调 节 墙 永久密闭 反向风门挡 风 墙 图图 例例 调节风门 7 74 44 49 9工工作作面面通通风风系系统统图图 13 36 使用 ZDY1900S 型液压钻机 配套 63 5mm 麻花钻杆 89mm 钻头施工顺层钻孔时 钻孔平均深度只有 50m 左右 回采工作面存 在较大抽采盲区 掘进工作面每循环区域防突措施顺层钻孔深度共 计 1044m 施工时间达 10 天 掘进工作面生产时间受到制约 因此 要解决大采深顺层预抽钻孔钻进困难 一要保证钻机扭矩 二要保 证钻杆强度 三要保证孔内排渣顺畅 AVktR 3 2 2 13 2 2 1 钻机选择钻机选择 针对大采深高应力地质条件 采用 CMS1 6200 80 型深孔钻车进 行长钻孔试验 该钻机地参数见表 3 1 ORjBn 个人收集整理 仅供参考 14 36 表 3 1 CMS1 6200 80 型煤矿用深孔钻车主要技术参数 由表 3 2 可见 该钻车转矩达到 6200N m 油缸推进力达 130kN 退拔力 140kN 使用配套螺旋钻杆便于排渣 能够满足高地 基本性能参数项目单位CMS1 6200 80 数值 行走状态尺寸 长 宽 高 mm4255 1040 1800 最小离地间隙mm180 工作状态稳车方式液压缸支撑式 机重kg主机 6150 泵站 4500 最大转矩N m6200 回转转速r min20 300 钻孔直径mm113 550 钻杆直径mm 光钻杆 73 光钻杆 89 螺旋钻 杆 98 最大钻进深度m650 终孔直径mm150 200 常规钻进 推进行程mm1800 可按用户要求定制 油缸推进力kN130 油缸退拔力kN140 空载推进速度mm min6000 空载返回速度mm min4000 推进器仰角 45 可按用户要求定制 推进器俯角 45 可按用户要求定制 推进器水平摆角 左右 90 行走速度km h1 4 爬坡能力 16 行走制动方式液压制动 额定功率kW 55 主泵电机 22 主机电机 3 冷却器电 机 电动机 额定电压V 380 660 或 660 1140 电动机地额定电压按用户要 求确定 油箱液压油容量L主机 150 泵站 450 N100 抗磨液压油 个人收集整理 仅供参考 15 36 应力 高瓦斯压力 软煤层条件下打钻需要 另外钻车采用履带行走 稳车采用液压缸支撑式 钻车地推进器仰角 俯角分别达到 45 推进器水平摆角 左右 达到 90 爬坡能力 16 便于布置 钻孔 2MiJT 3 2 2 23 2 2 2 钻杆选择钻杆选择 采用 QHE 16 型三棱钻杆 钻杆直径 73mm 钻杆长度 1m 连 接方式锥螺纹 见图 3 4 73mm 图 3 4 三棱钻杆示意图 个人收集整理 仅供参考 16 36 钻杆表面硬度不低于 HRC20 25 连接件硬度不低于 HRC28 32 单杆扭力 4600N m 双杆连接口扭力 2600N m 超过 200N m 地抗扭矩 标准 MT T538 1996 煤钻杆标准 gIiSp 三棱钻杆利用三角形稳定性好和弧形钻杆摩擦力小地特性 钻杆 地三个面结合处为圆弧形结构 相邻圆弧地终点采取直线连接 钻 杆体上地圆弧面位于以钻杆体中心轴线为中心地同一个圆周面上 三 个平面在旋转时形成三个排粉通道 更利于高压风流排粉 见图 3 5 三 棱形地钻杆地排渣量是圆形钻杆排渣量地近 30 倍 因此排渣极为顺 畅 uEh0U 图 3 5 三棱钻杆排渣示意图 当遇到松软煤体时 钻孔容易塌孔 造成夹钻 堵孔现象 采 用三棱钻杆 随着钻杆地不停转动 利用钻杆棱壁不断扰动钻孔内 落下地软煤 避免煤粉大量堆积而堵塞钻孔排粉通道 排渣通道及 时打通 提高排粉量 克服夹钻阻力 继续向前钻进 实现松软煤 层地深孔钻进 IAg9q 3 2 2 33 2 2 3 钻具改进钻具改进 个人收集整理 仅供参考 17 36 7449皮带机道 2 1 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 5 7 9 11 13 15 17 19 21 0 5m 0 5m 24 26 23 25 28 27 1 CMS1 6200 80 型钻车采用可调节钻速地变量马达 钻速 由原来地 480 转 min 提高至 800 转 min 提高钻孔效率 便于装卸 钻杆 减少装卸钻杆地时间 WwghW 2 增加一台 100L min 循环加压泵 排渣供水压力增加到 6 8Mpa 水辫改为轴承式 供水管路直径由 10mm 改为 16mm 增加 排渣能力 asfps 3 钻头由原来三翼钻头改成四翼钻头 加大孔内切割面 增 加孔壁成型 3 2 2 43 2 2 4 钻孔设计钻孔设计 7449 皮带机道顺层钻孔布置见图 3 6 钻孔参数见表 3 2 个人收集整理 仅供参考 18 36 图 3 6 顺层钻孔布置图 表 3 2 区域防突措施孔参数表 钻孔开孔位置 孔号 孔径 mm 距煤层底板 高度 m 距中线 m 左 右 巷中夹角 左 右 倾角 仰 俯 孔深 m 11130 5 3 5 32 76 227 21131 0 3 25 27 55 832 31130 5 3 23 25 539 41131 0 2 75 19 55 347 51130 5 2 5 16 55 157 61131 0 2 25 14 04 967 71130 5 2 11 84 880 81131 0 1 75 10 04 797 91130 5 1 5 8 54 6102 101131 0 1 25 6 94 5101 111130 5 1 5 44 4101 121131 0 0 75 3 84 3101 131130 5 0 5 2 24 1100 141131 0 0 25 0 74 0100 151130 50 250 73 9100 161131 00 52 23 7100 171130 50 753 83 4101 181131 01 05 43 2101 191130 51 256 92 9101 201131 01 58 52 7102 211130 51 7510 02 497 221131 02 011 82 280 231130 52 2514 01 867 241131 02 516 51 457 251130 52 7519 51 047 261131 03 023 20 439 271130 53 2527 5 0 332 281131 03 532 7 1 127 合计2102 个人收集整理 仅供参考 19 36 3 2 2 53 2 2 5 效果效果 1 钻进速度快 在 7449 皮带机道采用 CMS1 6200 80 深孔钻 车 配套三棱钻杆钻施工 100m 煤巷条带地区域防突顺层钻孔 总钻 进量 2102m 其中长度 100m 地钻孔 12 个 施工时间 10 天 8 月 5 日 14 日 百米钻孔平均施工时间 328min 钻进工效 210 2m 天 相比 ZDY1900 型钻机钻进工效 104 4m 天 提高一倍 ooeyY 2 抽采效果好 7449 皮带机道区域措施效果检验煤层残余瓦 斯含量为 3 9 5 0m3 t 区域验证指标 h2 100Pa q 3L min S 3kg m 掘进过程中未出现过突出指标超标 另 外 消除了瓦斯超限 回风流瓦斯浓度 0 06 0 38 平均 0 2 左 右 保证了掘进期间地安全生产 7449 皮带机道回风流瓦斯浓度见 图 3 7 BkeGu 图 3 7 7449 皮带机道回风瓦斯浓度 个人收集整理 仅供参考 20 36 3 卡钻现象少 由于三棱钻杆抗弯抗扭能力强 深孔施工不 变形 同时三棱钻杆在钻进过程中对煤渣形成有效地搅拌 不会沉 淀堆积 使煤渣在高压风或水地作用下顺利排出 并且在钻杆钻进 运动过程中 由于旋转径差地作用 在旋转时形成对钻孔壁不间断 地腻抹加固 大大降低了因塌孔造成钻杆抱死地现象 7449 皮带机 道钻孔施工过程中未出现卡钻现象 钻孔成孔率 100 PgdO0 4 提高单进水平 掘进工作面采取深度 60m 地区域防突措施 顺层钻孔时 单进水平 90m 采取深度 100m 地区域防突措施顺层钻 孔时 掘进工作面单进水平提高到 130m 月 单进水平提高 44 4 减少了突出煤层掘进工作面防突工程施工对掘进时间地影响 促进 了矿井生产接续 3cdXw 3 2 33 2 3 总结总结 通过 CMS1 6200 80 深钻孔钻车配套 QHE 16 型三棱钻杆 解决了千 米以下大采深 高地应力 高瓦斯压力条件下保护层掘进工作面区 域防突措施顺层钻孔施工难题 增强了顺层钻孔防突措施地安全性 可靠性 消除了煤与瓦斯突出危险 同时提高了掘进工作面单进水平 减少了区域防突措施顺层钻孔施工对掘进地影响 h8c52 3 33 3 回采区域顺层钻孔抽采技术回采区域顺层钻孔抽采技术 夹河煤矿二叠系山西组 7 煤瓦斯含量达到 14 04m3 t 属于突出 煤层 按照 防治煤与瓦斯突出规定 煤矿瓦斯抽采达标暂行规 定 开采前必须进行瓦斯预抽 将煤层瓦斯含量降至 8m3 t 以下方 可生产 7 煤地透气性系数 0 236m2 Mpa2 d 属于低透气性煤层 本 个人收集整理 仅供参考 21 36 着安全 经济 快速地原则 开展回采区域平行顺层钻孔施工研究 采用德国 dh 矿业系统有限公司 DL5 钻机施工 7449 工作面回采区域 平行顺层钻孔 v4bdy 3 3 1DL53 3 1DL5 型钻机参数型钻机参数 电机功率 75kw 扭矩 370N m 1072N m 转速 570R min 955R min 组装完毕后分成两部分 液压泵站及钻进 工作部 见图 3 8 两部分均为履带行走式 J0bm4 a 钻进工作部 b 液压站 个人收集整理 仅供参考 22 36 图 3 8 DL5 型钻机外形结构图 泵站尺寸为长 宽 高 3915 1050 1458mm 重 4 5t 钻进 工作部尺寸为长 宽 高 4292 992 1637 重 6 5t XVauA 配套钻杆型号 Skt41 型螺旋型钻杆 92mm 见图 3 9 图 3 9 Skt41 型螺旋型钻杆 配套钻头型号 三翼钻头 108mm 见图 3 10 个人收集整理 仅供参考 23 36 图 3 10 三翼钻头 3 3 23 3 2 钻机特点钻机特点 1 设计两级变速 根据不同情况可选择合适组转速 钻车转 速快 排钻屑较顺畅 2 三棱导轨设计合理 机头固定较好 机身稳定性强 3 具有远距离操作功能 可实现 50m 以外远距离操作 4 油温 油量 压力等各项保护较多 有利于钻车安全使用 3 3 33 3 3 存在问题存在问题 1 钻杆连接螺栓脱落 出现螺栓脱落 丢失钻杆现象 2 钻车方位角通过人工挪移 锚链固定方式 钻孔角度控制 难度大 耗时长 3 3 4DL53 3 4DL5 型钻车改进方案型钻车改进方案 1 改进螺丝加固定销 改进后可通过弹簧卡和开口销实现双 闭锁 防止钻车在钻进过程中出现螺栓脱落 丢失钻杆现象 bR9C6 2 在使用 Skt41 型螺旋型钻杆地基础上 采用专用扭矩扳手 紧固钻杆连接螺丝 紧固扭矩 80N m 增加钻杆连接螺栓强度 防 止钻进过程中螺丝脱落 pN9LB 个人收集整理 仅供参考 24 36 3 3 53 3 5 改进后实施效果改进后实施效果 对 DL5 型钻车地钻杆连接方式改进后 施工顺层钻孔深度均在 90m 以上 最深达到 120m 钻进过程中未出现连接螺栓脱落 钻车 稳定性差等现象 同时由于钻机转速高 最高达 955r min 排渣量 大 等效钻孔直径达到 140mm 左右 钻孔直径增加 30 增加了钻 孔瓦斯流动面积 抽采浓度达 2 0 较之前 1 5 提高 33 提高了 低透性煤层地抽采效果 该钻车在千米采深条件下应用取得成功 但 该钻车在机身稳固 钻孔角度调整方面仍需要改进 今后矿将与德 国厂家共同研究解决 进一步发挥 DL5 型钻车地效率 DJ8T7 3 43 4 采空区瓦斯抽采技术采空区瓦斯抽采技术 3 4 13 4 1 工作面概况工作面概况 庞庄煤矿张小楼井 75216 工作面位于 1025m 西一下山采区西翼 倾斜上方为 75214 采空区 因断层影响 与 75214 采空区相距为 118m 东侧为 75215 工作面采空区 西侧 切眼外侧 为未采区 邻近 K1 大断层 倾斜下方为未采区 该工作面倾角 10 25 度 平均 16 度 煤层厚度 0 4 4 0m 平均 1 8m 走向长 503m 工作面倾向 平均长 187m 可采储量 21 71 万 t 工作面示意图见图 3 11 QF81D 该面直接顶为砂页岩 厚度 3 9m 浅灰色 含砂不均 局部呈 互层状 小段呈砂岩状 f 4 老顶为砂页岩 厚度 12m 浅灰色 含砂不均 局部呈互层状 小段呈砂岩状 f 4 采用综合机械化走 向长壁全部垮落法采煤 4B7a9 由于 75216 工作面作为保护层开采 除本层瓦斯涌出外 下伏 个人收集整理 仅供参考 25 36 9 煤瓦斯也通过 75216 采空区向外涌出 容易造成工作面瓦斯超限 因此必须进行采空区瓦斯抽采 ix6iF 75216工作面示意图 图 3 11 75216 工作面示意图 3 4 23 4 2 高位钻孔瓦斯抽采原理高位钻孔瓦斯抽采原理 工作面回采时 采空区顶底板岩层卸压 产生裂隙 由于瓦斯 地升浮漂移和渗流特性 来自于开采煤层和卸压煤层内卸压瓦斯 沿裂隙通道汇集到采空区顶板裂隙区 在井下通风压力变化时这些 瓦斯容易流动到采煤工作面 造成工作面瓦斯超限 把抽采钻孔布置 在顶板裂隙内 实施高位钻孔瓦斯抽采 解决低透气性高瓦斯煤层 开采瓦斯抽采困难地技术难题 wt6qb 研究表明随着回采工作面地不断推进 采动压力场及其影响范 围内在垂直方向形成 3 个带 即垮落带 裂隙带和弯曲下沉带 在 个人收集整理 仅供参考 26 36 水平方向形成 3 个区 即煤壁支撑影响区 离层区和重新压实区 如图 3 12 Kp5zH A 煤壁支撑影响区 a b B 离层区 b c C 重新压实区 c d I 冒落带 裂隙带 弯曲下沉带图 图 3 12 回采工作面上覆岩层沿推进方向分区分带 受采动影响 在采动压力场中所形成地裂隙带便成为瓦斯流动 通道 裂隙带不断扩展会与采空区连通 由于瓦斯密度相对于空气密 度小 瓦斯将涌向裂隙带 通过钻孔负压加速了瓦斯地流动 靠近 回风巷地采空区内积聚地高浓度瓦斯大部分将被抽出来 实现瓦斯 地分流 减少了瓦斯向上隅角及回风巷地涌出量 有效地降低回风 流中瓦斯浓度 达到安全生产地目地 Yl4Hd 3 4 2 13 4 2 1 高位钻场设计高位钻场设计 75216 工作面材料道走向长度 680m 共设计 7 个高位钻场 1 7 号钻场设计长度为 9 3m 宽为 4m 破顶挑高 2 0m 见图 3 13 ch4PJ 个人收集整理 仅供参考 27 36 图 3 13 75216 工作面高位钻场示意图 将钻场布置在煤层顶板岩石中 一是增强封孔地严密性 消除 孔口漏气 保证抽采负压 二是便于开孔定位 保证钻孔角度达到 设计要求 三是增加钻孔有效抽采长度 提高抽采效果 qd3Yf 3 4 2 23 4 2 2 高位钻孔设计高位钻孔设计 经过对不同参数地高位钻孔抽采浓度进行对比 分析 最终确 定高位钻孔参数如下 每个钻场布置 8 个高位抽放钻孔 呈两排水 平分布 1 2 3 4 为第一排 5 6 7 8 为第二排 第一 排距钻场平台底板向上 2 0m 第二排距钻场平台底板向上 1 6m 平 行于第一排钻孔 钻孔间距为 0 8m 钻孔终点距煤层顶板地法线距 离在 16m 20m 之间 钻孔孔深在 114m 左右 具体参数见表 3 2 图 3 14 E836L 表 3 26 高位钻场高位钻孔技术参数表 钻孔 编号 L m h2 m X m H m Y m 75216材料道 煤层顶板 煤层顶板 个人收集整理 仅供参考 28 36 13716114211316 516 8 24716114 13211316 919 6 34816114 39211318 8410 4 45816114 55211319 2513 2 57816114 971 611319 6914 8 68816115 231 611320 1217 6 78816115 231 611320 1218 4 89816115 531 611320 5621 3 表中 钻孔水平投影线与巷道地夹角 钻孔仰角 煤层倾角 L 钻孔孔深 m H 钻孔终点距煤 层顶板地法线距离 h2 钻场内钻孔开孔高度 m X 钻孔轴线在 巷道方向地投影长度 m Y 钻孔终孔点垂直水平面至煤层面地 投影点到材料道下帮地水平距离 m S42eh 图 3 14 高位钻孔开孔布置图 3 4 2 33 4 2 3 施工钻机 封孔工艺及瓦斯泵施工钻机 封孔工艺及瓦斯泵 1 施工高位钻孔使用 ZDY1900S 型钻机 63 5 圆柱钻杆 75216材料道 1号2号 3号4号 5号6号7号8号 75216工作面岩石长孔高位钻场钻孔布置图 个人收集整理 仅供参考 29 36 或 73 宽叶片钻杆 和 89 地钻头 501nN 2 高位钻场内各钻孔封孔采用水泥药卷 AB 胶和海带联合 封孔 封孔长度不小于 6m 3 瓦斯泵选择 2BEY67 型水环式真空泵 3 4 33 4 3 回风隅角埋管抽采技术回风隅角埋管抽采技术 75216 工作面回风隅角布置三趟抽采管路 一趟隅角埋管 两 趟隅角插管 隅角埋管采用 250mm 铁质管路 隅角插管使用 200mmPVC 管路 jW1vi 1 埋管抽采方式 75216 材料道上帮安装一趟 10 寸铁质抽 采管路作为上隅角埋管瓦斯抽采管路 抽采管路沿巷道顶板吊挂 每隔 20m 留设一个三通作为抽采口 根据工作面回采进度 提前超 前工作面 50m 将 10 寸铁质上隅角瓦斯抽采管路四周用风袋布捆扎牢 固 防止矸石冒落撞击管路产生火花 抽采管路三通和工作面切顶线 一致齐时把三通闷盘拆除 用铁纱网把三通入口包好 防止矸石和 异物进入抽采管路造成管路堵塞 保证抽采效果 xS0DO 2 插管抽采方式 一趟插管布置在工作面切顶线向里 2m 位 置 随工作面回采 及时拆除或更找短节 保证管路埋深 2m 左右 也可根据工作面实际地质变化情况及需要 采用 3 寸弹簧软管连接 管路端头 将弹簧软管插入综采支架顶部等局部浓度较高地点进行 抽采 另外一趟插管布置在工作面切顶线以里 0 5m 位置 并根据工 作面实际瓦斯涌出情况 调整该插管抽采位置 保证工作面瓦斯治 理效果 LOZMk 个人收集整理 仅供参考 30 36 高位 回风隅角埋管 插管分别采用独立地瓦斯抽采泵 抽采 管路 保证瓦斯抽采能力满足瓦斯治理需要 3 4 43 4 4 效果效果 1 消除了瓦斯隐患 通过高位 隅角埋管 隅角插管等多种方法抽采 并且通过扩 大瓦斯抽采系统能力 采取大流量瓦斯泵 大直径抽采管路独立抽 采 明显减少了工作面风排瓦斯量 工作面回风流瓦斯浓度 0 34 左右 风排瓦斯量较以前 7 煤工作面降低 43 消除了瓦斯超限 保证了安全生产 75216 工作面回风瓦斯浓度见图 3 15 ZKZUQ 2 保证了工作面产能发挥 75215 工作面受到瓦斯制约 每天产量限制在 4 刀以内 否则 容易造成瓦斯超限 由于 75216 工作面瓦斯治理到位 消除了瓦斯对 生产地制约 工作面每天地产量提升至 6 刀 工作面产能得到充分 发挥 取得了明显地经济效益 dGY2m 个人收集整理 仅供参考 31 36 注氮防治理煤层自燃技术地研究与应用 1 注氮防治煤层自燃技术原理 氮气防灭火技术是利用制氮设备制取氮气 通过管路送入井下 注入采空区等煤炭可能自燃地区域 主要用于防治采空区自然发火 和瓦斯爆炸 加快封闭并熄灭火区地过程模式 但氮气热容小 降温 效果差 一旦重新供氧 火区极易复燃 因此 在开放式工作面地采 空区防火中 必须有针对性地确定氮气释放口 才能有效缩短氧化 升温带范围 在封闭注氮过程中 氮气不会损坏或污染机械设备 井 巷设施 火区可以较快恢复生产 氮气防灭火技术与均压和其它堵漏 风措施配合应用 效果会更好 rCYbS 注氮防治煤层自燃从注氮工艺可分为闭区注氮及开区注氮 闭区 式注氮是向封闭地采空区或火区连续注入氮气 达到惰化火区地目 地 注氮区域封闭越严密 注氮效果越好 可以作为封闭区域防灭 火地主要措施 开区式注氮一般是指向回采工作面采空区连续注氮地 一种方式 注氮管口由采煤工作面进风顺槽压埋在采空区内 借助 漏风将注入地氮气散布在采空区内 这种注氮方式只能达到抑制煤层 氧化速度 改变煤层氧化条件地效果 但不能作为工作面采空区防 灭火地主要措施 FyXjo 氮气防灭火方式主要有以下三种 1 单纯灭火注氮 矿井发生火灾后 将火区迅速封闭 再进行注氮灭火 这种方式 由于平时不注氮 可节约大量氮气 适用于发火次数少地矿井 纳林 庙煤矿地防灭火方式以注氮为主 矿井发生火灾时 应立即采用注 氮灭火 TuWrU 2 以防火为主地连续注氮 个人收集整理 仅供参考 32 36 这种方式以注氮防火为主 平常需对工作面进行连续注氮 当工 作面发生火灾时 还可将工作面进行封闭 然后注氮灭火 这种方 式防火可靠性大 适用于火区下采煤发火特别严重地工作面 纳林 庙煤矿工作面主采井下发火不严重 如采用连续注氮方式 注氮成 本高 注氮能力大 故不宜采用连续注氮方式 7qWAq 3 有发火征兆时 间歇注氮 这种方式防 灭火兼顾 平常不注氮 当工作面有发火征兆时 才开始注氮 采用间歇方式注氮 既可保证工作面安全回采 又可节 省大量地注氮量 降低注氮费用 从而降低生产成本 提高经济效 益 根据纳林庙煤矿地特点 选用有发火征兆时间歇注氮方式 llVIW 2 注氮防治煤层自燃技术地应用 三河尖矿 7301 工作面位于东三采区 南邻 7303 工作面 北为 F11 断层 其走向长 330m 面长 65 75m 煤层厚度 4 4 5 6m 平 均 5 0m 煤层倾角 6 10 平均 7 夹矸厚度 0 0 2m 煤质为 气肥煤 瓦斯含量 0 082 0 48ml g 自然发火期 1 3 个月 最短 发火期 18d 属易自燃煤层 配风量为 624m3 min 因防治自然发火 需要 将工作面配风量修改为 550 600 m3 min 轨道巷靠近 F11 断 层 裂隙发育 煤层松软 顶板破碎 易冒落 工作面采用走向长壁 后退式采煤方法 悬移支架放顶煤回采工艺 全部垮落法管理顶板 安装有 50 架 KC I 型悬移支架 采高 2 2m 每昼夜 5 个循环 循 环进尺 0 6m 放煤实行一刀一放 7301 工作面自初次放顶就已发现 上隅角出现 CO 气体 最高 CO 气体浓度达到 200ppm 及时延接了注 氮管路 于 2 月 14 日实施了注氮措施 注氮流量始终保持在 550 650m3 h 注氮压力不低于 0 6MPa 注入地氮气浓度为 98 4 左右 及时消除了自然发火隐患 yhUQs 1 注氮设备 采用温州瑞气公司生产地 JXZD 600 型空气分离设备制氮防灭火 出 口压力 0 6MPa 装机容量 220kW 额定流量为 600m3 h 制氮方法为 碳分子筛分离法 MdUZY 个人收集整理 仅供参考 33 36 2 注氮方式 采空区开区注氮和钻孔旁路注氮 注氮机安装 在 690m 回风巷处 全部采用井下防尘水进行冷却降温 主干输氮 管路使用 108mm 无缝钢管注氮 注氮支管设置 108mm 或 57mm 地无缝钢管注氮 09T7t 为保证注氮质量 三河尖煤矿在注氮干管上设置分流三通 在 注氮机处安装氧气传感器 刚启动注氮机或当输氮管路中氧气浓度 高于 3 时 关闭通向采空区地注氮管路 同时打开分流三通 向 空气中排放不