超前預(yù)抽、邊掘邊抽在掘進(jìn)中的應(yīng)用

王世平

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司通風(fēng)處,山西介休032000)

1 概況

河西礦屬高瓦斯礦井,現(xiàn)有井田面積18.9km2,主要開采山西組3#、4#煤層。在礦井180萬(wàn)t/a升級(jí)改造設(shè)計(jì)中,又在井田邊界增加了2號(hào)回風(fēng)井。設(shè)計(jì)中,新采區(qū)3#、4#煤層均布置有軌道、皮帶、回風(fēng)三條采區(qū)巷道貫穿整個(gè)采區(qū)。4#煤回風(fēng)巷在掘進(jìn)至距2#回風(fēng)井330～360m、底板等高線580水平處時(shí),工作面瓦斯涌出量急劇增大,最大達(dá)到11m3/min,為正常涌出量的3～ 4倍,造成該工作面無(wú)法正常掘進(jìn)而停產(chǎn)。4#煤回風(fēng)巷停掘后,為確保2#回風(fēng)井如期投運(yùn),又改掘3#煤回風(fēng)巷,但當(dāng)巷道掘至4#煤瓦斯涌出增大的相同地段時(shí),也出現(xiàn)了瓦斯涌出量急劇增大的問(wèn)題。為解決掘進(jìn)作業(yè)時(shí)瓦斯超限問(wèn)題,采取了加大供風(fēng)量的措施,采取兩臺(tái)風(fēng)機(jī) (2×30kW兩臺(tái)),兩趟風(fēng)筒 (Φ1000mm)送風(fēng),送風(fēng)量達(dá)到800～900 m3/min,但收效甚微,回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛热噪y降到1%以下。又因無(wú)法正常作業(yè)而停產(chǎn),直接影響了工程進(jìn)度,嚴(yán)重影響2#回風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的及時(shí)投運(yùn)。

要從根本上解決3#、4#煤掘進(jìn)巷道中的瓦斯問(wèn)題,必須采取抽放瓦斯的辦法才能奏效。鑒于當(dāng)時(shí)該礦尚未建立地面固定瓦斯抽放系統(tǒng),該礦煤層透氣性又較好,為解燃眉之急,決定先利用井下移動(dòng)式瓦斯抽放系統(tǒng),對(duì)3#、4#煤的掘進(jìn)工作面進(jìn)行瓦斯預(yù)抽放。

2 超前預(yù)抽、邊掘邊抽技術(shù)的應(yīng)用

依據(jù)當(dāng)時(shí)該礦實(shí)測(cè)的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù),4#煤回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量已達(dá)11m3/min。為此,考慮采用前方預(yù)抽,后方卸壓邊掘邊抽的措施,即在掘進(jìn)面迎頭施工超前,順層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽掌子面煤壁以里膨脹裂隙深度范圍內(nèi)瓦斯和在巷道兩側(cè)設(shè)置鉆場(chǎng)對(duì)巷道周圍卸壓煤體內(nèi)的瓦斯進(jìn)行邊掘邊抽,以解決掘進(jìn)工作面的瓦斯異常涌出,提高巷道的掘進(jìn)速度,緩解礦井采掘接替緊張問(wèn)題。

2.1 超前鉆孔布孔因素的考慮

1)鉆孔預(yù)抽時(shí)間由瓦斯壓力下降情況而定,超前預(yù)抽和邊掘邊抽過(guò)程,要始終保持鉆孔的氣密性。

2)將鉆孔盡量在煤壁以里膨脹裂隙范圍內(nèi)均勻分布,同時(shí)注意對(duì)迎頭隅角的控制。

3)根據(jù)掌子面煤壁以里形成的膨脹裂隙深度,確定預(yù)抽鉆孔的深度。

2.2 超前鉆孔的布置及參數(shù)

巷道斷面寬3.2m、高2.6m,預(yù)抽鉆孔控制在巷道輪廓線外2～4m(包括巷道斷面內(nèi)的煤層),深度20m,孔底間距2～3m。具體參數(shù)及示意圖如圖1、表1所示 (鉆孔角度和方位由技術(shù)科放線確定,抽放隊(duì)負(fù)責(zé)施工)。

圖1 超前鉆孔布置示意圖

表1 超前鉆孔參數(shù)表

2.3 邊掘邊抽鉆場(chǎng)及鉆孔的布置

鉆場(chǎng)深度4m,鉆場(chǎng)間距視鉆孔深度而定,為保證抽放效果,鉆場(chǎng)間應(yīng)留有10m范圍的壓茬(見圖 2)。

圖2 掘進(jìn)工作面邊掘邊抽鉆場(chǎng)、鉆孔布置

2.3.1 鉆場(chǎng)布置設(shè)計(jì)參數(shù)

掘進(jìn)工作面邊掘邊抽是在巷道兩側(cè)開設(shè)鉆場(chǎng),鉆場(chǎng)之間的間距為80m,鉆場(chǎng)規(guī)格為:寬3.5m,深4m,高與掘進(jìn)巷道的高度相同,采用錨網(wǎng)支護(hù)。

2.3.2 邊掘邊抽鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)

距掘進(jìn)工作面最近鉆場(chǎng)的鉆孔布置,要保證鉆孔始終超前掘進(jìn)工作面10m以上,1#孔開孔位置距巷幫3m,所有開孔間距為0.2～0.3m,開孔距底板1.2～1.5m,終孔間距為3m。因此,設(shè)計(jì)邊掘邊抽工作面的抽放鉆孔參數(shù)如下:

鉆孔長(zhǎng)度100m。鉆孔直徑φ91mm。鉆孔夾角β1=90°,β2=87°,β3=84°。鉆孔傾角-3°～-4°(或沿煤層傾角)。

2.4 施工技術(shù)設(shè)備及安全使用措施

使用 TXU-75型煤礦安全鉆機(jī)施工,鉆機(jī)必須安設(shè)牢固,鉆機(jī)底盤和基臺(tái)必須平衡、固定、水平。鉆機(jī)、電機(jī)等設(shè)備需按說(shuō)明書要求做嚴(yán)格防爆檢查,且在地面試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可入井。鉆機(jī)要安設(shè)風(fēng)電和瓦斯斷電閉鎖裝置,并保證靈敏可靠、超限自動(dòng)斷電。

2.5 施工技術(shù)措施

1)選擇Φ91鉆頭施工鉆孔,并保證一定的抽放時(shí)間。

2)采用鉆屑指標(biāo)法 (MD-2預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)儀),效果檢驗(yàn)低于臨界值 (見表2)以下后,方可向前進(jìn)尺,并且保持鉆孔超前于掘進(jìn)工作面的距離不得小于5m。

3)煤層賦存狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),應(yīng)及時(shí)探明情況,再重新確定鉆孔的參數(shù)。

4)超前鉆孔施工前,應(yīng)加強(qiáng)工作面支護(hù),打好迎面支架,背好工作面。

表2 鉆屑指標(biāo)法預(yù)測(cè)掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性的臨界值

2.6 超前抽放鉆孔施工的安全技術(shù)措施

該礦4#煤回風(fēng)巷走向沿煤層傾角方向4°～7°掘進(jìn),煤層平均厚度2.4m,4#煤層上部為3#煤層,4#煤和3#煤層間距平均14.52m左右。采用放震動(dòng)炮措施全斷面掘進(jìn),為保證掘進(jìn)的安全,特編制4#煤層回風(fēng)巷掘進(jìn)鉆孔和超前排放鉆孔施工的安全技術(shù)措施。

1)施工地點(diǎn)附近5m范圍內(nèi),必須加強(qiáng)支護(hù),防止片幫、漏頂傷人,迎頭至巷道外口有通暢的排水渠。

2)所用電器設(shè)備必須定期檢查,確保防爆性能可靠。

3)施工過(guò)程中,瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%時(shí),停止施工,達(dá)到1.5%時(shí)必須切斷電源撤出人員,鉆機(jī)實(shí)行瓦斯電閉鎖。

4)施工人員必須密切觀察施工迎頭瓦斯動(dòng)力情況,發(fā)現(xiàn)異常時(shí),及時(shí)斷電、撤人。

5)巷道內(nèi)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行可靠,每班專職瓦斯檢查員緊跟迎頭,經(jīng)常檢查,及時(shí)提供瓦斯情況指導(dǎo)施工。

6)保證通風(fēng)系統(tǒng)正?？煽?局扇實(shí)現(xiàn)“雙風(fēng)機(jī)雙電源”“三專兩閉鎖”,風(fēng)筒吊掛整齊,迎頭保證風(fēng)量充足。

7)鉆進(jìn)中,禁止敲擊。確需敲擊的,應(yīng)使用銅制工具。

8)上卸鉆桿及撤裝鉆機(jī)必須按規(guī)定進(jìn)行,且步調(diào)一致,人員不得正對(duì)鉆桿作業(yè)、嚴(yán)禁違章作業(yè)。

9)鉆進(jìn)中,一旦發(fā)現(xiàn)有頂鉆現(xiàn)象,必須停止鉆進(jìn),但不得撥出鉆桿。

10)嚴(yán)格按給定角度、方位和其它技術(shù)要求施工。

11)必須配備經(jīng)專門培訓(xùn)、打鉆技術(shù)較強(qiáng)、有預(yù)防和處理事故經(jīng)驗(yàn)的鉆工參加,且能夠掌握煤與瓦斯突出征兆,了解避災(zāi)線路和待避地點(diǎn)。

12)鉆孔鉆進(jìn)時(shí),鉆機(jī)與孔口之間必須設(shè)置擋煤板,且厚度不小于 40mm,面積不小于1000mm×1000mm。

2.7 工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

在掘進(jìn)中,還應(yīng)進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè),有下列情況之一者,應(yīng)視為突出危險(xiǎn)工作面,并及時(shí)采取防突措施:

1)鉆屑指標(biāo)大于臨界值。

2)在掘進(jìn)打眼過(guò)程中,出現(xiàn)噴孔、頂鉆等動(dòng)力現(xiàn)象。

3)煤層賦存條件急劇變化的區(qū)域。4)工作面出現(xiàn)明顯的突出預(yù)兆。

3 結(jié)語(yǔ)

河西礦作為我公司并購(gòu)的第一座高瓦斯礦井,在改擴(kuò)建初期一直受風(fēng)量制約,瓦斯超限情況時(shí)有發(fā)生,生產(chǎn)時(shí)斷時(shí)續(xù),給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)很大隱患。超前預(yù)抽、邊掘邊抽在該礦下鄰近層4#煤回風(fēng)巷的應(yīng)用,有效解決了這一問(wèn)題。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的技術(shù)應(yīng)用后,在上鄰近層3#煤回風(fēng)巷得到大力推廣,并使用綜掘機(jī)進(jìn)行掘進(jìn),為3#煤回風(fēng)巷按期與2#回風(fēng)井貫通贏得了寶貴的時(shí)間,使2#回風(fēng)井得以如期投運(yùn)。