底板巷穿层钻孔在煤巷掘进中的应用

1、底板巷穿层钻孔在煤巷掘进中的应用-工程论文底板巷穿层钻孔在煤巷掘进中的应用曹剑锋 CAO Jian-feng（黑龙江科技大学研究生学院，哈尔滨 150022）摘要：随着国内煤矿开采技术的不断提高，如何提高开采量及提高开采的效率 问题摆在我们面前，随着国家提出了 “可保尽保，应抽尽抽”的战略方针，在这 个战略方针的指导下，国内各大型煤矿对原煤的开采技术进行了技术挖潜和技术 革新，研制成了底板巷穿层钻孔技术，该项技术对煤巷掘进过程中，煤瓦斯突抽 放的效果显著，确保矿井的稳产、高产及安全生产。关键词：底板巷穿层钻孔；圭寸孔工艺；集气箱中图分类号：TD214文献标识码：A文章编号：1006-4311（

2、2015 ）17-0134-02作者简介：曹剑锋（1992-），男，山东临沂人，黑龙江科技大学在读研究生， 研究方向为采矿工程。0引言当前，国内一些大型煤矿，大多都是开采多年的煤矿，随着开采量的不 断提高，采掘工作面深度不断增加，瓦斯的压力及压力越来越高，煤巷掘进突出 危险性越来越大，煤与瓦斯突出的问题制约了这些大型老煤矿的经济发展及经济 效益，国内一些原煤采掘技术人员对原煤的采掘进行深入研究，总结出了底板巷穿层钻孔技术，这一技术的研究成功使国内一些大型采煤矿重新焕发了青春。1有关瓦斯的一些概念在原煤形成之前，被埋在地下的一些植物中的纤维、 淀粉及一些有机物经过厌 氧发酵，在成煤过程中经过物理

3、、化学及生物反应，形成的一种可燃气体。这种 气体具有一定的苹果香味，是由于厌氧发酵产生一定的芳香烃所产生。 瓦斯的成 分主要是烷烃，含量最多的是甲烷，其它少量的含有乙烷、丙烷及丁烷，同时还 含有一定量的二氧化碳、硫化物、氮化物和水。在正常情况下，这些物质以气体 形式存在，当预明火，将发生瓦斯爆炸。当空气中氧气浓度达到10%时，若瓦斯浓度在5%-16%之间，就会发生爆炸，浓度在30%左右时，就能安静的燃烧。 对于瓦斯气体一般老百姓认为是可燃气体的总称，其中主要包括：液化石油气、 天然气及煤气三种。液化石油气是在石油冶炼或者在对天然气处理时产生的丙烷 和丁烷的混合气体，在常温常压下为气体，当经过加

4、压或者冷却时为液体，将经 过加压降温后成为液体的石油气装入钢瓶中就成为液化瓦斯。天然气是被称为气体瓦斯，天然气是很多年前动物的尸体经过多年的转化、分解而产生的气态碳氢 化合物，其主要成分是甲烷，还含有微量的乙烷、丙烷和丁烷。煤气就与煤有关 系的一种可燃气体，是在煤开采过程中产生的，又称瓦斯，在煤开采过程中会产 生大量的瓦斯气体，为了使开采工作安全、正常的进行就要将这些瓦斯安全的排 出或者收集。在原煤的开采工作中，瓦斯的安全排出和收集是原煤开采最为关键 的一环，当前瓦斯的排除方法为：通风排除法和钻孔抽放法。2矿井瓦斯的抽放随着开采深度的不断增加，原煤生产能力的不断提高，开采区瓦斯的涌出量不 断增

5、大，国内一些矿井在正常的情况下每吨原煤瓦斯的涌出量为100m3，如果只采取通风的方法将瓦斯的浓度控制在安全限度范围内，不仅使生产成本大大增 加，还给生产上造成很大的难度，同时把瓦斯排入大气中去及浪费又影响环境，近年来，国内一些大型煤矿采用底板巷穿层钻孔抽放技术，从根本上解决了这个问题。衡量一个瓦斯矿井是否有必要抽放， 可以根据以下几点：对于生产矿井，由 于矿井的通风能力已经确定，所以矿井瓦斯涌出量超过通风所能稀释瓦斯量时， 即应考虑抽放瓦斯。对于新建矿井，当采煤工作面瓦斯涌出量5m3/mi n ，掘进工作面瓦斯涌出量3m3/min，采用通风方法解决瓦斯问题不合理时，应该抽 放瓦斯。对于全矿井，

6、一般认为，绝对瓦斯涌出量 30m3/mi n ，或相对瓦斯 涌出量15-25m3/t时应抽放瓦斯。开采保护层时可考虑抽放保护层瓦斯；对 于突出煤层，可以考虑用预抽瓦斯的方法防止突出。35%时一般来讲，瓦斯浓度低的尽量排入大气中，如抽放稳定，瓦斯浓度便可以合理的加以利用。3底板岩巷穿层钻孔的合理分布3.1底板抽放巷和抽放区域的合理分布为了加大区域内的抽放力度，保证足够的钻孔数量和预抽的时间， 采用对掘进 底抽巷的同时，在每间隔15m左右的巷道间开掘一个深5m左右的抽放钻区域， 区域断面规格一般在3*3m左右，可以保证开钻的需要。3.2底层抽放钻孔的合理分布钻孔布置的基本原则 在预抽场内，钻孔的分

7、布要均匀，钻孔要穿过煤 层全厚遇到顶板为标准，在设计时，为了提高瓦斯抽放浓度，封孔严密，提高抽 放的效果，钻孔后孔径要尽量大，空间距离要以实测有效的抽放半径为设计基础。 具体分布：钻孔按照每10m左右一组，一组8个左右，终孔间距：5m左右， 要按照待掘巷道两侧各15m范围内。如图1所示。5-lOm方案设计 在设计底巷内穿层钻孔在设计和施工时，主要目的是为煤巷掘进防突做准备。在每间隔15m左右的掘进抽放区域打钻，对下底巷周围的煤 层瓦斯条带区域进行预抽，在钻场区域内布置数行和数列，钻孔的直径大约 75mm 左右，要沿着煤层方向呈扇形布孔，钻孔要控制在顺槽轮外轮廓线上帮 20m，下帮10m的范围之

8、间。4对瓦斯抽放效果提高的技术措施4.1采用尽量加大钻孔直径的方法，从提高瓦斯的最大量的排除打下基础，以五大一深为施工原则，大钻孔为设计标准，所开的孔径不得小于75mm，排间距和孔间距要均匀，距离要控制在 0.3m左右，目的是封孔后规范连接。在原煤 的掘进过程中，通过操作，采用加大孔径的方法，瓦斯排放量有了明显的提高， 每个孔的瓦斯浓度基本上都超过了 80%，在过去，穿层孔径大约都在65mm左 右，每个孔所排出瓦斯浓度都很低。4.2封孔新工艺 在我国许多煤矿，对钻孔的封孔环节不重视，所使用的材料 也不规范，因此影响了瓦斯的排放，有些煤矿采用编织袋缠裹塑料管注聚氨酯的 方法进行封孔，效果很不理想

9、，同时封孔长度短也是钻孔抽放浓度低的主要原因， 目前一些大型煤矿采用封口新工艺，取得了很好的效果。封孔的材料选择冯安特、 布袋、聚氯乙烯管三组合封管新技术，封口的深度也进行有效的延长，同时加大 了封口管的直径，通过实践，瓦斯抽放浓度有了显著的提高，瓦斯单孔抽放浓度 达到了 80%以上，有的还达到了 100%。具体施工工艺如下：将每根25mmx 2.5 聚氯乙烯管上捆绑繁布布袋，布袋按照兜状捆绑，再将冯安特以1:1的比例调配 均匀后倒入封孔器中，马上向孔中注入，注入后几秒钟就会发生膨胀，如不出现 不膨胀或者膨胀不到位等问题，封口操作结束，如出现问题，应重新施工。应用效果：通过底板巷穿层钻孔技术的

10、应用， 使瓦斯浓度大幅度的提高，新孔 每单孔抽放瓦斯浓度超过了 80%，有些甚至达到100%，在抽放实验半年后， 瓦斯抽放浓度仍然保持在 60%以上，实验表明，采用大孔径和深封孔是提高瓦 斯气体浓度的最佳方案，也是最直接、最有效的方法，是今后煤巷掘进中，对于 瓦斯抽放环节发展的必然趋势。4.3辅助设备集气箱在煤巷掘进中的成功应用原来国内一些煤矿，钻场连接方式是将两根并列的管上焊接多个三通接头，三通接头用软管与钻孔连接。在施工过程中如钻孔一旦存在积水的问题发生， 就会 造成管理的堵塞，使孔口负压低，影响瓦斯预抽效果。技术人员对这一问题进行 了深入的分析和研究，研制出了抽放钻场集气箱，集气箱的作用

11、是将瓦斯、煤岩 粉和水自然分离，在实际生产中，进入钻孔内的瓦斯被负压抽走，而水煤岩粉等 杂物进入集气箱后通过排污阀门排进下水道。从根本上解决了钻孔积水和沉淀影 响孔口负压的问题，提高了瓦斯的预抽效果。集气箱的操作规程 集气箱的大小是按照所抽放气体的具体数量要求 进行设计的，形状可以为长方体，也可以为罐体，按照钻孔数量在集气箱上部焊 接钻孔直通，在集气箱的一侧开孔，焊接短接安装阀门，并与抽放管连接。在集 气箱的另一侧，上部开孔安装排气阀门，下部开孔装排污阀门。当需要排污时， 关闭钻场阀门后，打开排气阀门进行排气，排气后将排污阀门打开进行排污， 排 污结束后，关闭排气阀门，关闭排污阀门，打开钻场阀

12、门恢复正常生产。集气箱的工作原理 在钻孔抽放过程中，会产生大量的瓦斯、水和一些 杂质，将这些物质采用科学的方法被引入集气箱内， 这些物质进入集气箱后产生 自认分离，瓦斯的密度小于1，自然分布在集气箱的上部，水和一些杂质的密度 大于1，进入集气箱后自然流入底部，在集气箱上部的瓦斯被抽放负压抽走，而 在底部的水和一些杂质通过排污阀门被排掉。连接方式的改进集气箱与其它管路的连接方式很重要，如果连接不好 不但影响抽放量，同时还造成周围的环境污染，开始的时候采用铁线紧固进行连 接，效果不好，有漏气的现象，后来采用钢丝箍一螺丝固定的方式，取得了很好 的效果，这种方式的优点是开始使用时用螺丝紧固严实后，使用

13、一段时间后还可以再进行紧固，基本没有漏气的现象发生。通过定期进行紧固，可以保证钻孔始 终处在严密的状态下。应用效果：底板巷穿层钻孔技术配合集气箱， 瓦斯抽放效果显著，瓦斯浓度明 显提高，解决了抽放管路积水而影响管内负压的问题， 同时采用钢丝箍一螺丝紧 固的连接方式，使钻孔始终处在严密的状态，保证了抽放系统的稳定。5结束语我国煤矿经过多年的开采经验，总结出了很先进的煤炭开采技术，在煤巷掘进 中使用底板巷穿层钻孔技术是近年来煤炭行业应用最广的，也是最实用的技术， 通过实践，采用增大钻孔直径、提高封闭深度，使用先进的封口技术和配合集气 箱的应用，使抽放效果明显提高，原煤的掘进速度明显加快，安全生产得到了有 效的保障。这项技术具有低成本