基于防突的煤巷掘进瓦斯防治方案设计 煤巷掘进

来源:读后感 发布时间:2019-07-03 点击:

  【摘 要】针对保德煤矿目前三盘区81309顺槽掘进工作面瓦斯压力大,瓦斯涌出较为异常,瓦斯突出危险性相对较高的实际,按照国家相关规定制定了比较详细的煤巷掘进瓦斯治理和验证的方案设计。
  【关键词】瓦斯压力;防突;钻孔;方案;验证
  保德煤矿是神东煤炭集团所属的大型石炭二叠纪出口煤配煤基地,位于山西省保德县境内,晋北大型煤炭基地河保偏矿区,地处黄河东岸,河东煤田的北部。2012年矿井瓦斯等级鉴定为绝对涌出量129.03m3/min,相对涌出量11.07m3/t,属高瓦斯矿井。近年来,随着采掘作业逐步向深部区延伸,瓦斯压力逐渐增大,瓦斯涌出较为异常,局部区域存在瓦斯突出的隐患。81309顺槽掘进工作面掘进900m后,实测原煤瓦斯压力最大1.72MPa(表压),实测掘进工作面100m巷道回风流瓦斯涌出不均衡系数2.8(平均瓦斯涌出量为2.1 m3/min,最大为6 m3/min),为确保矿井安全生产,依据防突规定必须采取瓦斯综合治理措施,制定切实可行的掘进工作面瓦斯防治技术方案。
  1 掘进工作面技术特征
  81309顺槽掘进工作面以东为81308工作面,北邻2#辅运大巷,南接主井田边界,西为未采动实煤体。工作面所掘煤层为二叠纪煤层,煤岩层总体近南北走向,呈向西倾斜的单斜构造,煤层倾角为3?~7?,平均4?左右。
  掘进工作面采用局扇压入式通风方式,安设四台FBDY-NO7.1/2×45KW矿用防爆型对旋压入式局部通风机,其中两台使用,两台备用。利用风筒把新鲜风流送到掘进工作面,风筒选用柔性胶布风筒,风筒直径为800mm,长度为10m/节,风筒接口时使用风筒接口器并采用双反边接法。
  2 81309顺槽掘进工作面瓦斯防治技术方案
  2.1 总体技术路线
  针对保德煤矿三盘区顺槽掘进工作面区域实测煤层瓦斯压力较大且煤巷掘进时瓦斯涌出出现了异常现象,说明此区域存在很大的突出危险倾向性。81309顺槽掘进瓦斯防治技术方案将按照双“四位一体”的执行流程进行制定,将以81309顺槽掘进防突为基础进行相关预抽钻孔设计。
  2.2 掌握工作面前方地质情况
  利用区域预抽长钻孔兼做地质探孔,若发现工作面前方有地质异常区域,则采用物探的手段探测异常区域构造发育情况。
  工作面正常掘进时,每班画出工作面煤层赋存状况的素描图并配文字说明,素描图应包括工作面名称、进尺位置、时间班次、工作面顶底板情况、正头及巷道两帮煤层赋存状况、夹矸和软分层厚度及分布情况等等能反映工作面煤层及顶底板赋存状况的数据资料
  通过上述手段、方法,观测分析工作面揭露的地质构造、掘进作业及钻孔等发生的各种现象,实现掘进工作面煤层赋存状况和突出危险性的多元信息综合预测和判断,为工作面综合防突措施提供依据及参考。
  2.3 区域综合防突措施
  2.3.1 区域预测
  有鉴于区域预测工作的繁重,加之在81309顺槽掘进工作面附近已经测得瓦斯压力大于0.74MPa,可预测此区域具有突出危险性。另外,保德煤矿三盘区深部区域8号煤层按照突出管理的目的就是为了降低此区域的煤层瓦斯含量及瓦斯压力,杜绝采掘过程中瓦斯事故的发生。
  因此,可省去区域预测环节,认定此区域有危险,直接采取区域预抽的防突措施。
  2.3.2 区域防突措施
  根据《防突规定》第四十九条,区域防突措施顺层预抽钻孔的控制范围为巷道轮廓线外两侧各不小于15m,预抽条带沿工作面掘进方向长度不小于60m。
  针对保德煤矿81309巷道布置和抽采钻进装备实际情况,81309区域防突措施区域预抽钻孔布置分以下方式:
  (1)工作面停头至掘进前方300m施工区域预抽钻孔
  在81309一号回顺施工2个千米钻孔预抽,钻孔长度800m,覆盖81309一号回顺下侧15m,钻孔间距10m,分别距81309一回巷道轮廓线5m和15m。在81309二回上侧施工3个千米钻孔,钻孔长度800m。钻孔间距10m,分别距81309二回巷道轮廓线10、20、30m。
  在81309一、二回正头分别施工9个常规钻孔,钻孔孔径Φ75mm,孔口8m扩成Φ94mm,利用8m长的Φ63mm封孔管进行封孔,钻孔开孔距巷道底板1~2m,钻孔倾角3~5°。钻孔均匀布置于81309一、二回巷道最小控制范围之内,钻孔沿掘进方向长度300m呈扇形布置
  区域防突措施区域预抽钻孔布置示意图如图1所示:
  (2)从81308一号回顺向下施工区域防突措施
  针对三盘区81309一、二号回风顺槽掘进工作面,利用两台定向钻机在81308一号回顺向下施工顺层预抽钻孔,钻孔末端间距10m,每150-200m左右布置一个钻场,每个钻场布置钻孔覆盖81309一号回顺下侧20m,共计在81308一号回顺布置63个主孔,单个钻孔(含2个分支)长度约640m,累计施工40320m。钻孔布置如图2所示。
  (3)钻孔与管路连接方案
  在81308胶运顺槽和81309一号回顺安设一趟Φ315mm预抽管路,在钻场位置安设一个Φ315mm/Φ108mm变径三通,钻孔通过埋线胶管连入预抽管路,钻孔与主管之间安设孔板流量计、钻孔观测孔、阀门和自动放水器等。
  钻孔抽采管路连接示意图见图3所示:
  图3 瓦斯预抽钻孔连接示意图
  2.3.3 区域措施效果检验
  (1)效果检验指标及临界值
  由于81308和81309掘进区域已施工了区域预抽钻孔,煤层残余瓦斯压力测定钻孔合理布置受限,且存在测定周期长和测定范围小等不利因素。因此,计划采用以残余瓦斯含量为主要评价指标,残余瓦斯压力为辅助的评价指标的评价方式。评价指标及临界值应当根据试验考察确定,在考察确定前可暂按表1进行。   说明:保德煤矿8号煤层瓦斯赋存的特殊性(煤种多为变质程度较低的气煤,a、b吸附常数较小,瓦斯含量较小而对应的瓦斯压力较大,其表压0.74MPa对应的瓦斯含量仅为4.04m3/t)基于安全考虑建议采用残余瓦斯含量4m3/t作为区域预抽效果评价的临界值。具体值可根据现场的可操作性及矿井技术装备条件确定或经进一步论证、讨论后做适当改动。
  (2)效果检验指标测点布置
  测试点应布置于所在部位抽采钻孔密度较小、孔间距较大、抽采时间较短的位置,并尽可能远离测试点周围的各抽采钻孔或尽可能与周围抽采钻孔保持等距离,且避开采掘巷道的排放范围和工作面的抽采超前距。 在地质构造复杂区域适当增加测点数量。
  1)残余瓦斯含量测点布置
  在掘进面正头布置1~2个残余瓦斯瓦斯含量测定钻孔,倾角2~3°,孔径75~94mm,设计孔深100~150m,开孔距巷道底板1~2m,每隔20~30m布置1个残余瓦斯含量取样测点,并保证在待掘联巷口或其附近布置有取样点,共布置5~7个取样测点。
  第一阶段效果检验时,残余瓦斯含量测定钻孔及取样点布置(以81309二回为例)示意图如图4所示:
  第二阶段区域预抽措施效果检验时,残余瓦斯含量测定钻孔及取样点布置示意图如图5所示:
  2)残余瓦斯压力测点布置
  每贯通一个联巷后,在联巷位置布置2个瓦斯压力测定钻孔,测定预抽区域煤层残余瓦斯压力,即每隔75m左右测定一次预抽煤巷条带煤层残余瓦斯压力。残余瓦斯压力测定钻孔布置示意图如图6所示:
  残余瓦斯含量取样完成升井后,必须在8小时内对煤样进行测定、分析化验并出具分析报告,经有关人员签字后生效。残余瓦斯压力测定钻孔封孔、上表后,应每班观测瓦斯压力变化情况,待瓦斯压力稳定后,可按要求拆卸压力测定装置,并对测定情况进行分析,出具测定报告,经有关人员签字后生效。若区域防突措施效果评价指标超标或在效果检验钻孔施工时出现喷孔、顶钻等动力现象,则应停止掘进,继续抽采或补打抽采钻孔:在每个联巷口施工6~15个普通顺层钻孔,孔径Φ75或94mm,钻孔深度100m,在81309一回和二回之间呈扇形均匀布置,钻孔在巷道开孔间距1m,钻孔末端间距5m,施工完成的钻孔当班连接至抽放管路进行抽放。区域预抽钻孔布置平面示意图如图7所示:
  2.3.4 区域验证
  经区域措施效果检验有效后,仍需在煤巷掘进工作面采用工作面预测的方法对无突出危险区域进行区域验证。区域验证应当按照下列要求进行:
  (1)在工作面进入该区域时,立即连续进行至少两次区域验证;
  (2)工作面每推进10~50m(在地质构造复杂区域或采取了预抽煤层瓦斯区域防突措施以及其他必要情况时宜取小值)至少进行两次区域验证;
  (3)在构造破坏带连续进行区域验证;
  (4)在煤巷掘进工作面还应当至少打1个超前距不小于10m的超前钻孔或者采取超前物探措施,探测地质构造和观察突出预兆。
  当区域验证为无突出危险时,应当采取安全防护措施后进行采掘作业。但若为掘进工作面在该区域进行的首次区域验证时,采掘前还应保留足够的突出预测超前距。
  2.4 局部综合防突措施
  2.4.1 工作面预测
  预测方法、预测指标及临界值和预测钻孔布置方式均同区域验证。不同的是,局部综合防突措施工作面突出危险性预测为连续进行,每次保留不小于2m的预测超前距。
  2.4.2 工作面防突措施
  根据保德煤矿的实际情况和具体装备条件,在预抽钻孔未控制地段和预抽不充分地带则采用超前排放钻孔,也可采用其它经矿井考察证实有效的方法执行局部防突措施。
  保德煤矿煤巷掘进局部防突措施采用超前钻孔的布置方式,即在工作面预测或区域验证有危险的工作面正头施工排放钻孔,钻孔控制巷道两帮轮廓线各不小于5m,钻孔孔径75~94mm,施工深度15~20m。钻孔终孔间距应根据试验考察确定,在未考察前暂取2m,煤巷掘进超前排放局部防突措施排放钻孔布置示意图如图8所示:
  2.4.3 工作面措施效果检验
  煤巷掘进超前排放钻孔施工完毕,进行一段时间排放后,具体时间应根据工作面突出危险性大小确定,一般不小于2h。本次方案设计暂按4h设计,可根据掘进期间的实际情况做适当调整。
  效果检验方法与工作面突出预测方法相同。当检验孔孔深等于或大于措施孔孔深(均为投影孔深)时,则留足措施孔5m超前距(投影);当检验孔孔深小于措施孔孔深,且两孔投影孔深的差值小于3m时,可保留2m的检验孔(投影)超前距。
  当检验指标超标时,必须施工补充防突措施,直至检验指标不超标为准。当检验指标不超标时,可以在采取安全防护措施的条件下施工,并留有不小于2m的检验孔超前距。
  2.4.4 安全防护措施
  按照规定,在突出煤层中进行采掘作业时,都必须采取安全防护措施。安全防护措施包括远距离放炮、避难所、反向风门、压风自救系统和隔离式(压缩氧和化学氧)自救器等。
  3 建立机构完善基础性工作
  按照突出煤层管理,矿井应补充、完善的规章制度、系统性基础工作如下:
  (1)应设置防突机构或专职人员负责防突工作,并建立健全防突管理制度和各级岗位责任制,包括设置满足防突工作需要的专职队伍,并对管理人员和井下工作人员进行防突知识培训,经考试合格后方能上岗作业;编制各项规章制度和防突应急预案等。
  (2)三盘区深部区域8号煤层通风系统应当符合下列要求:
  ① 采区回风巷及总回风巷安设高、低浓度甲烷传感器;
  ② 严禁任何两个采掘工作面之间串联通风;
  ③ 采掘工作面回风侧不得设置调节风量的设施,因回采工作面确需设置调节设施的,须经煤矿技术负责人批准;   (3)在三盘区工作面采掘前应编制符合工作面实际情况的防突安全技术措施,并通至少矿级会审、学习及相关人员签字。防突安全技术措施至少应包括工作面基本情况、预测指标及预测方法、防突措施、措施效果检验、安全防护措施和灾害应急预案(避灾路线)等内容。
  (4)采掘工作面应根据具体情况设置工作面避难所或压风自救系统。
  (5)采购并建设满足防突需要的防突装备、仪器及实验室。
  4 相关管理要求
  (1)防突钻孔施工、验收和管理应按照《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的要求进行。在施工前应编制详细的施工设计,钻孔施工应严格按照设计进行并根据现场施工条件做适当调整,钻孔施工完毕后应进行验收并根据钻孔实际施工参数按比例标注在钻孔竣工图上。
  (2)方案中所涉及到的钻孔由瓦斯抽采队负责施工,钻孔终孔位置必须在8-1煤层中。
  (3)压力测定装置须使用完好的胶囊进行封孔,按照说明书的使用方法操作压力测定装置。
  (4)压力测定装置使用M18法兰螺栓固定在帮网上,并在测定装置周围1m设置栅栏、揭示警标,上锁按照高危区域管理。
  (5)每班至少观测一次测定的瓦斯压力情况,并观测压力测定装置的水压和药剂压力,确保水压大于2.5MPa,药剂压力大于1.0MPa。每班至少观测一次,做好观测记录并将观测结果及时汇报相关人员。
  (6)取样完成后必须在8小时内对煤样进行分析化验并出具分析报告。
  (7)生产办地质组必须精确预测煤层走向及产状,并向钻孔施工单位提供钻孔施工区域地质资料图,驻矿地测站根据钻孔设计提前3天在指定位置放线。
  (8)钻孔验收由钻场瓦检员负责,验收内容包括钻孔各参数(钻孔深度、钻孔长度、方位角、倾角)及封孔质量、钻孔接管情况的验收。
  (9)区域预抽钻孔施工后必须在12小时内封孔完毕,24小时内连入抽放系统中。
  (10)区域预抽钻孔施工完毕后,由瓦斯抽采队负责每天观测一次抽放流量、负压等参数,做好观测记录。
  (11)抽放管路敷设要求平直,管路吊挂高度不低于2.8m,距离巷道侧帮200~300mm,采用法兰片石棉胶垫连接,在转弯、低洼处安设自动负压放水器。
  (12)矿内成立防突组,机构属通风科下设单位,设人员2名,由通风科派1名人员管理。
  (13)矿内成立瓦斯试验室,设防突员2人,实验室工作人员1人,主管1人。
  5 结语
  如何提高高瓦斯煤矿煤层巷道掘进工作中瓦斯管理一直以来是煤炭行业大力研究的问题。为确保高瓦斯煤矿在煤巷掘进过程的安全、高产、高效,必须从瓦斯预测预报、防突措施设计执行和效果检验等各环节综合防治。钻孔瓦斯抽放作为有效的瓦斯控制手段,可在很大程度上降低瓦斯突出发生的概率以及瓦斯突出的危险性。实践证明,只要防突措施设计执行合理到位,不仅可以确保煤巷的掘进速度,且可改善掘进工作面的工作环境,收获较好的社会效益和经济效益。
  作者简介:
  杨晓东(1981—),男,辽宁开原人,工程师,2004年毕业于辽宁工程技术大学采矿专业,现任保德煤矿技术副总工程师,从事煤矿生产技术研究与管理工作

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