盘江精煤股份有限公司火烧铺矿 贵州 盘州 553539
摘 要：随着矿井开采深度的增加，煤层原始瓦斯含量增大，煤与瓦斯突出危险性加大，煤巷原始应力区掘进区域防突措施和瓦斯治理成了难点，原采取的各项防突措施的局限性日益突出。研究煤巷掘进防突技术和工艺是防突工作的重点，是突出矿井实现安全生产、高产高效的关键。为解决煤巷原始应力区安全快速掘进的问题，考虑到火烧铺矿工作面回风巷一般都采用沿空掘巷在卸压区内掘进，回风巷可以超前运输巷掘进，采取在回风巷施工下行顺层长钻孔对运输巷掘进工作面前方区域进行消突，同时对工作面回采区域进行瓦斯治理，提高运输巷的掘进速度，从而实现安全快速掘进。通过在回风巷施工长钻孔抽采运输巷瓦斯的精准消突技术，成功应用于2632工作面，解决瓦斯治理、防突难题。
关键词：区域措施；顺层长孔；精准消突
1火烧铺矿矿井简介
火烧铺矿井位于贵州省六盘水市盘州市胜镜街道办境内，行政区划属盘州市，隶属于贵州盘江精煤股份有限公司。矿井始建于1966年6月，为平峒和斜井分井开拓布置，矿井设计能力180万吨/a。南起羊场坡井田羊1地质剖面线与梓木嘎井田相邻，北至上纸厂村附近的纸12地质剖面线与松山井田接壤。井田略呈南北走向。其走向长18.7kM，倾斜宽1.1～2.0kM，面积26.7kM2。现共有三个生产采区，一个开拓区。火烧铺矿属于煤与瓦斯突出矿井。
2 工作面简介
火烧铺矿2632工作面位于滥泥箐采区北翼，南至2632回风巷联络巷和262石门，北至2632切眼。2632回风巷走向长1260m， 2632运输巷走向长为1368m，平均走向为1256m，切眼长141米。
3煤层赋存条件
火烧铺矿滥泥箐采区3#煤层厚度为2.10～2.25m，平均厚度为2.17m，半暗型，复杂结构，一般含一层夹矸，厚度较稳定，煤层倾角30～38°，平均34°，老顶为灰色粉砂岩，厚度6.0～8.0m，直接顶为灰色粉砂岩，厚度4.0～8.0m，灰色粉砂岩，水平层理，夹薄层或似层状菱铁矿。直接底为灰色泥岩，厚度0.1～0.3m，灰色泥岩无层理，遇水呈泥状，老底为浅灰色细砂岩，夹薄层状菱铁矿，厚度2.0m。3#煤层水分Mad=1.25%，灰分Aad=14.50%，挥发分Vdaf=31.2%，工业牌号QM.1/3JM，煤层坚固性系数f=0.93，煤层赋存较稳定，抽采半径为6m，原始瓦斯含量为8.9171m³/t，原始瓦斯压力为0.520Mpa。
4钻孔工程设计
工作面倾向长度平均为141m，钻孔终孔需要控制到2632运输巷下帮轮廓线外15m，因此2632工作面钻孔设计在2632回风巷下帮每隔10m沿3#煤层倾向施工一个顺层长钻孔，设计倾角34°，孔深156m。
5长钻孔施工工序
5.1设备
由于普通的ZY-750型、ZY-1250型钻机施工钻孔的深度达不到156m的设计要求，根据3#煤层及其顶底板岩性特征选用CMS1-4200/55型（功率55KW）钻机施工，该钻车以电机为动力带动液压泵，液压马达驱动钻具，在软岩或煤层中钻探水、抽采瓦斯长钻孔。钻机动力头扭矩大，行程长，钻进效率高。钻杆采用Φ73大通径钻杆；钻头采用铰接式可开闭复合片钻头。
5.2钻孔施工深度
钻孔施工采用水排渣，施钻用水取自2632回风巷掘进工作面的供水管路，2632回风巷供水管路由北三164石门水池沿北三轨上、26采区一区段辅助巷铺设至2632回风巷，水压满足钻孔施工需求。但为了防止水压不足导致钻孔施工深度达不到要求，在钻孔施工地点增加了一台喷雾泵，在水压不够时使用，确保钻孔施工能够达到设计深度。历时5个月，2632回风巷施工的下行顺层长钻孔基本都能达到设计深度，共施工71个长钻孔，11000多米。
5.3钻孔施工工艺
所有钻孔均采取全程下套管方法，从大通径钻杆内将Φ32筛管通过铰接式可开闭复合片钻头打开，将筛管下入孔底，抽全孔内瓦斯；一是可以主动抽深部钻孔内瓦斯，二是起到保护钻孔的作用。
由于煤层含有裂隙水，钻孔均是顺层下行孔，导致钻孔内积水，抽采浓度低、效果差。为解决这一难题，采取下吹水管吹水的方式，从筛管内将吹水管下到孔底，用压风从孔底将水吹到孔外，吹水过程中实现气水分离，到达提高瓦斯抽采效果的目的。
封孔的严密程度直接影响到抽采效果，封孔严密不漏气是最基本的要求。该工程所施工的钻孔都采用“两堵一注”带压封孔的工艺，钻孔施工结束后，全程下入Φ32mm筛管，最后用Φ50mmPVC管在孔口段20米进行封孔注浆。我矿引进新型的封孔注浆材料，采用气动封孔泵囊袋注浆工艺进行封孔，采用气动注浆泵（ZBQ28/0.5），将速凝膨胀封孔剂与水1:1比例混合后注入孔中，注入的浆液先注入到两端的囊袋中，达到密封钻孔两端的目的，当注浆压力达到0.8—1.2MPa时，注浆管路预留的爆破阀门自动爆破，注入的浆液将有效填充钻孔周围裂隙，当回浆管回浑浊浆液时，暂停一分钟继续注浆，当压力达到0.8MPa或注浆泵运转次数5次时，停止注浆，表明此时钻孔内裂隙已经充分封堵。气动封孔泵囊袋注浆封孔工艺图见图3—4.
5.4瓦斯抽采日常管理
瓦检员对所有钻孔进行吹水，每天对所有钻孔进行测定并填写牌板，测定结束后，将结果汇报到通风区调度室，由调度室做好记录；由抽采维护工对瓦斯抽采系统巡视维护，对抽采主管路的漏气和积水进行处理，确保单孔抽放负压不低于13KPa，保证抽采效果。
为解决钻孔连接处慢漏气问题，经考察研究，决定采取2寸和4寸的喉箍对钻孔进行连接，经过实验，解决了钻孔慢漏气问题，提高了钻孔抽采浓度。
6项目研究成果和结论
6.1项目实施概况
2632工作面长钻孔精准消突项目实施之前，2632回风巷已经施工720m，2632运输巷已经掘进了368m。项目开展以来顺层长钻孔共计施工了71个钻孔，钻孔长度共计11000m，平均深度为156m，覆盖2632工作面走向长度900m，超前控制2632运输巷360m~1260m段走向长度900m，工作面中部累计有240m一段未施工钻孔（由于钻孔施工速度较慢，2632运输巷进尺速度较快，同时为防止长钻孔误穿2632运输巷，施工地点超前2632运输巷不小于50m）。
6.2产生的效果
项目实施期间， 2632回风巷抽采主管瓦斯浓度一直维持在30%以上，抽放流量25—40m3/min，经抽采纯量统计，2632回风巷总计抽采瓦斯纯量约45万m3，确保了运输巷掘进区域和采面回采区域抽采达标，掘进期间，没有发生瓦斯超限事故，确保了2632运输巷安全掘进。
在防突指标方面，在2632运输巷掘进工作面（320m~930m段）对2632回风巷长钻孔精准消突措施效果进行考察，主要考察2632运输巷从开口往里320m处开始，从第10个掘进循环（消突评价单元）至第22个掘进循环（消突评价单元）共计实施13个掘进循环，掘进工程量610m，平均每循环掘进46.9m。
由于回风巷施工的长钻孔使用水排渣，取芯测定运输巷前方条带原始瓦斯含量难以确保测量准确，因此，在长钻孔未控制区域的抽采循环取芯测定原始瓦斯含量，通过测定，原始瓦斯含量8.27m3/t—8.92m3/t；长钻孔控制的第抽采循环内，在工作面开始施工条带预抽钻孔前，测定了残余瓦斯含量，通过测定，残余瓦斯含量在6.34m3/t—7.84m3/t。2632运输巷在长钻孔控制区域内，测定的残余瓦斯含量比长钻孔未控制区域内的煤层的原始瓦斯含量低1.5—2.5m3/t，通过长钻孔抽采，降低了煤层的瓦斯含量，消除了突出危险，确保安全掘进。
从整体掘进速度对比，通过在2632回风巷施工长钻孔对2632运输巷前方进行消突，减少了2632运输巷补充钻孔施工数量和抽采时间，提高了掘进速度。长钻孔控制区域比未控制区域平均月进尺提高了71.7m，平均月进度提高了1.69倍，缓解了我矿采掘接替紧张的问题。
2632回风巷施工的顺层长钻孔在控制2632运输巷掘进前方条带外，还控制整个回采区域，其中控制2632运输巷前方条带总计660m区域和回采范围内660m区域。
6.3成果
通过在2632回风巷实施下行顺层长钻孔抽采瓦斯精准消突技术研究项目以来，该项目在研究过程中，攻克了不少难关，取得了一定的成绩，也存在不少的问题。研究成果如下：
1、通过使用大功率钻机施工下行长钻孔，达到了钻孔到位、“全程下套管”下到位、下行孔吹水排渣到位，封孔严密的良好效果，为精准消突提供技术支撑。
2、通过研究，提高了2632运输巷掘进速度，确保了2632运输巷安全快速掘进，工作面可以提前构成系统，缓解了矿井接续紧张的问题，同时可以提前预抽工作面回采区域的瓦斯，为工作面安全回采提供保障。
3、减少了矿井瓦斯治理成本，相比顺层条带预抽钻孔或顶底板抽放巷施工穿层预抽钻孔作为区域防突措施，成本大幅降低。
存在不足：
1、“全程下套管”工艺工序繁琐、复杂，施工一个深度为160米左右的钻孔至少平均需要2至3个小班才能完成。
2、由于煤层赋存的不稳定性，煤层倾向上角度有变化，钻孔控制运输巷掘进条带范围内难以全部控制到位。
3、消突评价（含抽采达标）报告中，因顺层长钻孔抽采的是整个采面区域的煤层瓦斯，难以准确对运输巷掘进前方条带评价区域内的瓦斯抽采量正常计量，从回风巷施工下行顺层钻孔到达运输掘进条带取芯测定残余瓦斯含量及残余瓦斯压力难度大、误差大，只能采用从运输巷迎头施工取芯钻孔测定残余瓦斯含量及残余瓦斯压力作为评价指标。
4、施工长钻孔时，需引进钻孔轨迹仪测定钻孔轨迹，并采用绝对坐标确定钻孔轨迹的空间绝对位置；在长钻孔区域防突措施钻孔控制的巷道掘进过程中，对钻孔轨迹仪测算的轨迹结果进行验证，以采取针对性的补充局部防突措施。
6.4应用
目前，随着对煤炭资源的需求不断增加，大多数煤矿都进入了深层开采，影响煤与瓦斯突出的因素会更加复杂，煤矿安全形势将越来越严峻，防突技术还要不断的完善和提高。通过该项目的研究，取得一些有用的结论，对火烧铺矿煤与瓦斯突出防治工作有重要的指导意义和适用价值，该项目在其它工作面进行推广，为下一步防突工作提供依据。
6.5结论
通过火烧铺矿2632工作面下行顺层长钻孔抽采瓦斯对2632运输巷进行消突项目的实施及其对实施过程中出现的问题逐一解决，并进行分析总结得出邻巷施工顺煤层长钻孔抽采瓦斯可以作为一项有效的、符合规定的区域防突措施进行推广应用。在实施顺煤层长钻孔抽采瓦斯区域防突措施过程中，可以根据不同区域煤层赋存情况、地质构造、瓦斯地质、煤层透气性及抽采时间等合理确定工作面的倾斜长度、抽采钻孔的间距、孔径等参数。
参考文献:
[1] 袁河津.〈煤矿安全规程〉专家解读.北京：中国矿业大学出版社,2011.
[2] 张铁岗.煤矿瓦斯治理综合技术，煤炭工业出版社，2005-1-1。
[3] 程远平.煤矿瓦斯防治理论与工程应用. 北京：中国矿业大学出版社,2010-12.
[4] 《防治煤与瓦斯突出规定》读本.北京：煤炭工业出版社,2009-11.
论文作者:白洪发
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第10期
论文发表时间:2019/9/30
标签：钻孔论文; 瓦斯论文; 工作面论文; 煤层论文; 回风论文; 区域论文; 条带论文; 《科学与技术》2019年第10期论文;