大直徑鉆孔治理綜采工作面上隅角瓦斯應(yīng)用

石瑞鵬，高 翔，李 浩

(西山煤電集團 杜兒坪礦，山西 太原 030022)

采煤工作面上隅角靠近煤壁和采空區(qū)側(cè)，風(fēng)流速度很低，局部處于渦流狀態(tài)。這種渦流使采空區(qū)涌出的瓦斯難以進入到主風(fēng)流中，從而使高濃度瓦斯在上隅角附近循環(huán)運動而聚集在渦流區(qū)中，形成了上隅角的瓦斯超限。若工作面上隅角出現(xiàn)滯后回柱，除上隅角存在的渦流區(qū)外，在靠近切頂排處會出現(xiàn)微風(fēng)區(qū)，采空區(qū)漏出的瓦斯在此處積聚，更容易形成上隅角的瓦斯超限。為了治理綜采工作面回采時上隅角瓦斯涌出，西山煤電集團杜兒坪礦在掌握綜采工作面瓦斯涌出量的基礎(chǔ)上，在瓦斯治理巷施工大直徑鉆孔替代工作面回風(fēng)巷與瓦斯治理巷工作面橫貫，埋設(shè)大直徑瓦斯抽采管路，通過負壓抽采上隅角瓦斯，同時改變采空區(qū)瓦斯流動方向，使臨近層涌出的瓦斯經(jīng)抽采管路抽出地面，達到了治理綜采工作面瓦斯的目的。

1 地質(zhì)概況

72909瓦斯治理巷與正巷位于南九盤區(qū)，兩巷煤層厚度較穩(wěn)定，全厚1.70～3.60 m，平均3.08 m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有一層不穩(wěn)定夾矸，厚度為0～1.70 m，平均0.05 m，巖性是黑灰色砂質(zhì)泥巖，含有少量植物化石碎片，隨著橫川鉆孔向前延伸將逐漸變薄尖滅。圍巖特性表見表1.

表1 圍巖特性表

2 72909瓦斯治理巷施工地點

1) 服務(wù)地點。

72909工作面布置在2號煤層，“U”型通風(fēng)方式，采用走向長壁后退式一次采全高全部垮落法的綜合機械化采煤方法。

2) 大直徑鉆孔施工位置。

由72909瓦斯治理巷向72909工作面回風(fēng)巷施工大直徑鉆孔，每隔30 m布置一個鉆孔。具體施工位置見圖1，本次施工從順槽入口處向切眼方向施工。

圖1 大直徑鉆孔施工位置圖

3) 大直徑抽采鉆孔施工工藝。

大直徑鉆孔管徑為650 mm，垂直于保護煤柱施工，開孔高度為1 100 mm，具體鉆孔參數(shù)見表2，鉆孔圖見圖2，圖3.

表2 大直徑鉆孔參數(shù)表

注：具體開孔高度、終孔位置、鉆機角度根據(jù)現(xiàn)場實際環(huán)境進行調(diào)節(jié)(可以施工到72909回風(fēng)順槽頂板位置)。

圖2 鉆孔立面圖

圖3 鉆孔剖面圖

4) 鉆孔護管的參數(shù)及施工方法。

護管參數(shù)見表3，具體加工方式見圖4，圖5，圖6.

表3 護管參數(shù)表

圖4 單節(jié)護管加工圖

圖5 第一節(jié)護管加工圖

5) 護管施工的方法。

鉆孔施工到位后，退鉆，卸下鉆頭后利用鉆機的推力將護管頂入鉆孔內(nèi)，具體方法如下：

a) 將護管運至72909工作面鄰近巷道大直徑鉆孔鉆透地點，退鉆后將首節(jié)護管安裝護管尖頭(插接式連接，并用螺栓固定，具體見圖7)，利用鉆機吊裝設(shè)備將首節(jié)護管水平吊至鉆孔內(nèi)，貼近鉆桿位置并調(diào)整護管平整度，與鉆桿成直線。

b) 無關(guān)人員退至安全距離。

c) 安裝工人開始安裝第一根護管，通知鉆機司機開動鉆機，利用鉆機推力將護管頂入鉆孔中，待護管推入指定位置后(不要將護管連接頭推入鉆孔)，通知鉆機司機退鉆，連接下一根護管，依次循環(huán)，直至護管安裝完畢。

d) 安裝完成后，將護管尖頭卸下，進行封孔，然后將護管與抽放管路連接。

6) 鉆孔封孔工藝。

采用聚氨酯封孔，具體封孔工藝見圖8.

鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔長度6 m(注漿之前在封孔管兩端周邊用棉紗進行封堵，鉆孔兩端分別封3 m)，封孔就是將護管周圍的空隙填堵，將護管連接到支管上，支管連接到干管上，干管再連接到主管上，最后到瓦斯抽采系統(tǒng)。為了避免護管內(nèi)因碰撞晃動而影響封孔質(zhì)量，降低抽采效果，孔口尚需用水泥砂漿將護管固定牢固或用木楔塞緊。

圖6 尖頭加工圖

圖7 護管安裝示意圖

圖8 封孔工藝圖

3 抽采管路及敷設(shè)

72909瓦斯治理巷側(cè)：利用變徑通過軟管將支管與d426 mm護管連接，并入抽放系統(tǒng)，連接方式見圖9.

圖9 連接方式示意圖

72909回風(fēng)順槽側(cè)：根據(jù)需求可在與護管尖頭連接的護管上焊接鋼圈，作為快速管接頭的連接件，為方便連接彎頭將抽采管的入口指向頂板。

附屬裝置主要為放水器、計量裝置、排渣器等。其中，放水器可以采用自動放水器或是加工人工放水器，必要時連接裝置上也可設(shè)放水閥門。計量裝置用于觀測抽放鉆孔及管路的抽放濃度、抽放壓力、抽放流量等參數(shù)，計量裝置可采用原有管路的孔板流量計。72907工作面通風(fēng)示意圖見圖10.

圖10 72909工作面通風(fēng)示意圖

4 工程概況及推廣應(yīng)用前景

72909瓦斯治理巷與72909正巷每30 m打一個d650 mm×20 m的鉆孔，共53個，總長1 060 m，工程量1 060 m. 打鉆費用按每綜合米1 500元計算，共設(shè)計44個大直徑鉆孔，單孔長度為20 m，共計880 m，總價為132萬元。

鉆孔施工地點在南九2#，二號煤每掘進一米平均費用6 100元。瓦斯治理巷與回風(fēng)巷之間平均距離20 m，若施工橫貫需總費用20×6 100×12=146.4萬元。永久閉綜合材料費用每個閉按照45 000元，做24個永久閉需24×45 000=108萬元，節(jié)省費用126.72萬元，同時節(jié)省了勞動力，確保了安全生產(chǎn)。

采用大直徑鉆孔替代工作面橫貫，有效降低了施工橫貫工程量，縮短了工作周期，節(jié)約了工程成本，降低了勞動力，確保了安全生產(chǎn)。埋設(shè)大直徑瓦斯抽采管路，通過負壓抽采，抽采上隅角瓦斯及臨近層涌出的瓦斯經(jīng)抽采管路抽出地面，達到了治理綜采工作面瓦斯的目的，解決了高瓦斯工作面風(fēng)排瓦斯能力不足和工作面上隅角瓦斯積聚的問題。具有一定的推廣應(yīng)用前景。