宁夏石炭井煤矿井下巷道瓦斯预抽技术研究

宁夏石炭井煤矿井下巷道瓦斯预抽技术研究

神宗华宁夏煤矿集团有限公司石碳井焦耳井有限公司（石碳井2号井）是一个改革开放的井，年生产能力为135万吨。位于宁夏贺兰市北部。矿区坐标：东1061011025，西历39043916。2013年由中煤第一建设有限公司承建的矿建改造工程一标段包括:+900m中部专用回风石门及施工通路、上81集中巷延长段、瓦斯钻场12处、+900m南翼上组煤边界运输石门、+970m中部回风通路、上71集中巷延长段、上81边界回风上山、+970m中部专用回风石门及施工通路工程。技改期间石炭井焦煤公司需开采1#、2#矿井间的优质焦煤柱,并对四水平工作面煤巷顺槽向前延伸至1#矿井内施工。中煤一建为防范1#老矿井的瓦斯、老窑残留瓦斯积聚包、老窑水等危害,在巷道两帮布置迈步式钻场,钻场内布置顺层钻孔预抽工作面前方及煤体瓦斯,同时抽放钻孔兼用为探水孔和放水孔,防范老窑水危害;平行钻孔抽放已掘巷道煤体内瓦斯,有效解决了掘进期间工作面及回风流瓦斯浓度过高、老井冒落带下瓦斯易突出和瓦斯储藏不清等难题,为煤巷改造顺槽掘进施工创造良好条件。一、煤地面瓦斯抽采系统根据地质资料分析,矿建改造工程一标段施工范围内无较大的断层,地层岩性主要为煤层、泥岩、粉砂岩、细砂岩、中粒砂岩和石灰岩,属于软岩向中硬岩石过渡带。施工中揭穿第三、第四含水层组,该含水层组富水性弱,补给来源差,水文地质条件简单。石炭井焦煤公司在2010年前属低瓦斯矿井,2011年经有关部门鉴定为高瓦斯并具突出危险性矿井。随着矿井不断延深,瓦斯涌出量不断增加,如:2451N采面(标高+1146m,埋深321m)相对瓦斯涌出量为0.65m3/t,到2461N采面(标高+1085m,埋深350m)相对瓦斯涌出量达到3.96m3/t。因此,矿建技改期间,随着四水平的开拓,瓦斯涌出量将随着开拓深度的增加而增加,形成局部高瓦斯区域。由于掘进巷道的瓦斯涌出主要来自掘进落煤时的瓦斯涌出和裸露煤壁的瓦斯释放,致使工作面回风流中瓦斯浓度接近报警临界值。虽然采用两组FBD-NO8.0-2×45kw局扇,配备800直径双趟强力胶质风筒供风,最大风量1300m3/min,割煤时回流风瓦斯最高0.63%,但通风方法已无法解决掘进期间的瓦斯问题。为此,石炭井焦煤公司地面瓦斯抽采系统共安装3台2BEY40型水环式真空泵,1运1备1检修,设计抽采规模110m3/min,瓦斯抽采管路管材均为螺旋卷焊钢管(环氧树脂涂层防腐)。同时依据瓦斯主要来源,采取在掘进过程中超前探孔,超前预抽,边抽边掘等措施,施工巷道两侧每40m迈步设置一个钻场,每个钻场布置6个超前钻孔,9个顺层钻孔,通过钻孔抽出部分煤体的瓦斯,有效解决了掘进期间工作面及回风流瓦斯浓度过高、老井冒落带下瓦斯易突出和瓦斯储藏不清的难题,为煤巷改造顺槽掘进施工创造良好条件。二、楼梯孔和孔的配置1.巷道底板钻场设计钻场设计为梯形,内宽4m,外宽8.5m,深4.5m,高3.8m,钻场底板高于巷道底板0.3m。同侧相邻钻场间距80m,异侧相邻钻场间距40m,每个钻场布置6个超前预抽钻孔,呈三花眼布置;布置9个顺层钻孔,呈扇形分布。2.巷道围岩孔距底板设每个钻场布置6个预抽钻孔,钻孔直径φ113mm,孔深120m,沿煤层倾角走向施工,与巷道中心线呈6°角,钻孔间距0.8m,下层孔距底板1.8m,上层孔距底板2.4m。见图1。3.煤层质量地层孔每个钻场布置9个顺层钻孔,钻孔直径φ113mm,孔深80m,沿煤层倾角走向施工,钻孔间距0.6m,孔距距底板1.2m。见图2。三、水排渣钻孔施工通过在掘进过程中控制掘进里程,在施工至钻场指定位置前做好准备工作,由掘进机直接施工钻场,提高了施工质量,节省了大量时间及人力。钻场完成后,再由里向外、由上向下依次施工钻孔,施工完成一个封闭一个,并在预抽钻孔并网抽放后,施工顺层钻孔。为避免打钻期间发生瓦斯超限事故,施工人员首先采用水排渣钻孔施工工艺,使用汽水分离装置,确保打钻期间安全。其次,通过改进打钻、封孔工艺,使用履带式钻机代替普通液压钻机,钻杆更换为自排渣麻花钻杆,极大地提高了钻孔的成孔效率,节约了打钻时间,降低了工人的劳动强度。此外,还在孔口封孔管外端加装导引四通,安装控制阀门,将抽管串联放水器后连入抽放管路,钻孔施工过程中调节阀门,可做到边打边抽,进一步提高了抽放效率。封孔采用加压注浆封孔法,钻孔封孔长度为15m,可充填钻孔周围裂隙,消除漏气通道,保证抽放效果。同时,还将已竣工的抽放钻孔接入抽放支管进行抽放,抽放过程中对钻孔的抽放参数进行监测,并根据监测对钻孔抽放状态进行调整。四、顺层钻孔预抽瓦斯采用抽放泵抽放负压在15kpa时,预抽钻孔抽采瓦斯浓度在20~36%之间,单孔混合瓦斯抽放量在1~3m3/min左右,纯瓦斯抽放量在0.56~0.98m3/min,一个月累计抽放瓦斯831m3;顺层钻孔抽采瓦斯浓度在28%~47%之间,单孔混合瓦斯抽放量在2~3.6m3/min,纯瓦斯抽放量在0.64~1.06m3/min,一个月累计抽放瓦斯1377m3。较抽放前比较,抽放后掘进工作面割煤回风流瓦斯最高0.3%~0.5%,有效降低了瓦斯浓度,为施工安全提供了保证。通过在钻场内布置顺层钻孔预抽工作面煤体内瓦斯