邊抽邊掘技術(shù)在高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層掘進(jìn)中的實(shí)踐與應(yīng)用

作者：李慶明

謝橋煤礦位于淮南潘謝礦區(qū)西翼，是一座設(shè)計(jì)年產(chǎn)量400萬(wàn)t的特大型現(xiàn)代化礦井，2003年實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)到560萬(wàn)t。井田內(nèi)13-1煤層為突出危險(xiǎn)煤層，1151（3）工作面是礦井東翼-610m下山采區(qū)13-1煤層首采面，工作面走向長(zhǎng)1 900m，標(biāo)高-590～-660m設(shè)計(jì)采煤方法為綜采放頂煤。1151（3）工作面煤層賦存穩(wěn)定，走向傾角97°～107°，煤層平均傾角12°18′，平均煤厚5.9m。

工作面下順槽掘進(jìn)初期，主要通過(guò)加大風(fēng)量來(lái)排放瓦斯，施工超前排放鉆孔來(lái)消除突出。但在掘進(jìn)施工3個(gè)月內(nèi)的實(shí)踐證明，消突效果不明顯，預(yù)測(cè)指標(biāo)經(jīng)常超標(biāo)，且防突措施工程量巨大，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，達(dá)不到預(yù)期效果，而且瓦期頻繁超限，絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)6.21m³/min，嚴(yán)重影響掘進(jìn)進(jìn)度，造成工作面接替緊張。為此，從2002年4月開(kāi)始，采取巷幫鉆場(chǎng)邊抽邊掘技術(shù)，取得了顯著效果，巷道于2003年2月實(shí)現(xiàn)了安全貫通。

1 技術(shù)原理

通過(guò)在巷道兩幫施工鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)和迎頭沿工作面走向方向施工長(zhǎng)鉆孔抽放瓦斯，以達(dá)到消除突出危險(xiǎn)、保證工作面掘進(jìn)進(jìn)尺的目的。首先，通過(guò)長(zhǎng)鉆孔抽放可減少由煤體涌入巷道空間的瓦斯，降低風(fēng)排瓦斯量；其次，采取抽放措施后，煤體的瓦斯壓力得到釋放，地應(yīng)力也顯著降低，即通過(guò)降低發(fā)生瓦斯突出的地應(yīng)力和瓦斯壓力來(lái)消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。

2 鉆場(chǎng)及鉆孔布置

巷道掘進(jìn)每50m為1個(gè)循環(huán)，即在順槽兩幫每隔50m施工2個(gè)對(duì)稱(chēng)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)規(guī)格為：長(zhǎng)×寬×高＝5m×4m×2.2m。每個(gè)鉆場(chǎng)施工4個(gè)鉆孔，迎頭施工6個(gè)鉆孔，孔深60m，孔徑94mm。鉆孔施工完畢采用聚胺脂封孔，封孔深度不低于5m。鉆場(chǎng)鉆孔每天24h不間斷抽放，迎頭鉆孔至少抽放24h?？紤]到鉆孔成孔工藝的差異，每掘進(jìn)循環(huán)鉆孔交叉10m，鉆場(chǎng)和鉆孔布置見(jiàn)圖1。



圖1 鉆場(chǎng)及鉆孔設(shè)計(jì)示意圖

由于13-1煤層透氣性低，為提高瓦斯抽放量，利用地面永久抽放泵進(jìn)行抽放。工作面抽排管直徑Φ159mm，抽放負(fù)壓25～30kPa，并定期考察抽放濃度、流量、負(fù)壓等基本參數(shù)。

3效果分析

1）從2002年4月到2003年2月,1151（3）下順槽掘進(jìn)面累計(jì)抽放瓦斯5.81×10⁵m³，平均每分鐘抽放1.2m³，工作面抽放率達(dá)19.3％。

2）由于鉆場(chǎng)鉆孔攔截了部分巷道周邊煤體涌入巷道的瓦斯，大大降低了風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?，杜絕了瓦斯超限現(xiàn)象。2002年1～3月，在未實(shí)施邊抽邊掘技術(shù)時(shí)，共發(fā)生瓦斯超限6次，瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)到4％，正常情況下瓦斯?jié)舛纫策_(dá)到0.80％。在采取邊抽邊掘措施后，沒(méi)有發(fā)生一次瓦斯超限事故，瓦斯?jié)舛茸罡卟怀^(guò)0.70％，正常情況下為0.60％，如圖2所示。



圖2 措施前后工作面瓦斯?jié)舛缺容^

3）通過(guò)抽放，使煤體的物理力學(xué)性質(zhì)得到改變，應(yīng)力集中帶前移，增加了迎頭前方煤體的卸壓帶寬度和透氣性，降低了發(fā)生突出的動(dòng)力即瓦斯壓力和地應(yīng)力。實(shí)踐證明，在沒(méi)有執(zhí)行邊抽邊掘防突措施時(shí)，月平均防突預(yù)測(cè)指標(biāo)超限次數(shù)為5.75次，采取深孔抽放措施后，月平均防突預(yù)測(cè)指標(biāo)超限次數(shù)為2.25次，月平均防突預(yù)測(cè)超限次數(shù)限低61％，大大節(jié)省了防突人力、物力。

4）通過(guò)施工長(zhǎng)鉆孔，基本能探出工作面前方落差小于3m的較小斷層，這是目前采取其他手段所難以判斷的，避免了一定的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

5）在沒(méi)有執(zhí)行邊抽邊掘防突措施前，平均月進(jìn)尺61.2m，采取深孔抽放措施后，平均月進(jìn)尺156.8m。掘進(jìn)進(jìn)尺穩(wěn)定在150～160m/月，最高達(dá)到182m/月，是采取措施前的2～3倍。工作面貫通工期比原計(jì)劃提前了近3個(gè)月時(shí)間，消除了采面接替緊張的局面。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。

表1 邊抽邊掘技術(shù)效果比較表

項(xiàng) 目

實(shí)施邊抽邊

掘技術(shù)前

實(shí)施邊抽邊

掘措施后

月平均瓦斯超限次數(shù)/次

月平均防突預(yù)測(cè)指標(biāo)超限數(shù)/次

月平均進(jìn)尺量/m

工作面貫通工期/月

2

5.75

61.2

16

0

2.25

150

13

4 結(jié)語(yǔ)

1）1151（3）下順槽掘進(jìn)實(shí)踐證明：通過(guò)采取邊抽邊掘技術(shù)后，既解決了工作面瓦斯超限問(wèn)題，又不同程度地消除了突出危險(xiǎn)，同時(shí)掘進(jìn)進(jìn)尺大幅度提高。邊抽邊掘技術(shù)是高瓦斯突出危險(xiǎn)煤層治理瓦斯的有效措施之一。

2）為提高抽放效果，封孔質(zhì)量要求較高，由于煤層透氣性低，可設(shè)大流量專(zhuān)用移動(dòng)抽排泵抽放，加大孔口負(fù)壓，增強(qiáng)抽放效果。

3）鉆孔參數(shù)還需進(jìn)一步優(yōu)化，以提高鉆孔利用率和瓦斯抽放效果。抽放鉆孔孔徑應(yīng)盡量大。由于迎頭鉆孔抽放時(shí)間短，故可通過(guò)增加鉆孔數(shù)量、降低鉆孔深度、增加鉆孔施工循環(huán)次數(shù)來(lái)解決。

4）巷幫鉆場(chǎng)在鉆孔施工期間，容易造成局部瓦斯積聚，目前主要的解決方法是在風(fēng)筒上拔風(fēng)袖進(jìn)行風(fēng)排瓦斯。

《礦業(yè)安全與環(huán)保 》