大直徑鉆機(jī)在杜兒坪礦的應(yīng)用

李曉明

（西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司， 山西 太原 030053）

引言

杜兒坪礦為高瓦斯礦井。由于回采工作面生產(chǎn)強(qiáng)度大，多煤層聯(lián)合開(kāi)采的瓦斯涌出量大的特點(diǎn)，以及回采工作面“U”型通風(fēng)方式缺陷，導(dǎo)致回采過(guò)程中瓦斯問(wèn)題仍然困擾著工作面的安全回采，尤其是上隅角瓦斯治理更是尤為困難。采用大直徑鉆孔替代聯(lián)絡(luò)巷埋管抽采治理回采工作面現(xiàn)采空區(qū)瓦斯，是一種有效治理回采工作面瓦斯的手段，間接緩解了礦井的采掘接續(xù)，減少了聯(lián)絡(luò)巷的施工[1,2]。大直徑鉆機(jī)鉆大直徑鉆孔替代聯(lián)絡(luò)巷埋管技術(shù)也已經(jīng)在72909巷成功應(yīng)用，效果明顯。

1 72909工作面概況

72909工作面位于杜兒坪礦南九2號(hào)盤(pán)區(qū)，回采2號(hào)煤，東鄰72908工作面（已采），西鄰72910工作面（已掘未采），南鄰杜兒坪礦斷層保護(hù)煤柱相距30 m，北鄰南九2號(hào)煤盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷，工作面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)度1 595 m，傾斜長(zhǎng)240 m，煤層為中厚煤層，煤層厚度1.7～3.6 m，平均3.2 m。

工作面通風(fēng)方式為“U型”通風(fēng)（即工作面采用72909機(jī)軌合一巷進(jìn)風(fēng)，72909回風(fēng)巷回風(fēng)），采煤方法為：走向長(zhǎng)壁后退一次采全高全部垮落法。

2 大直徑鉆機(jī)參數(shù)

本次施工采用煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院自主研發(fā)的ZLJ11300L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)（見(jiàn)圖1）。

3 大直徑抽采鉆孔施工工藝

3.1 大直徑鉆孔的施工位置

大直徑鉆孔施工在72909瓦斯治理巷進(jìn)行，由該巷道向72909工作面回風(fēng)巷施工大直徑鉆孔，每隔30 m布置一個(gè)鉆孔。

3.2 大直徑抽采鉆孔參數(shù)

大直徑鉆孔管徑為650 mm，垂直于保護(hù)煤柱施工，開(kāi)孔高度為1 100 mm。具體鉆孔參數(shù)見(jiàn)表1，鉆孔剖面圖如圖2所示。

圖1 鉆機(jī)尺寸圖（單位：mm）

表1 大直徑鉆孔參數(shù)表

圖2 鉆孔剖面圖（單位：mm）

3.3 鉆孔護(hù)管的參數(shù)及施工方法

3.3.1 護(hù)管具體加工方式（見(jiàn)下頁(yè)圖3）

3.3.2 護(hù)管施工的方法

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

1）將護(hù)管運(yùn)至72909工作面鄰近巷道大直徑鉆孔鉆透地點(diǎn)，退鉆后將首節(jié)護(hù)管安裝護(hù)管尖頭（插接式連接，并用螺栓固定，具體見(jiàn)下頁(yè)圖4），利用鉆機(jī)吊裝設(shè)備將首節(jié)護(hù)管水平吊至鉆孔內(nèi)，貼近鉆桿位置并調(diào)整護(hù)管平整度，與鉆桿成直線。

圖3 護(hù)管總裝配示意圖（長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定）

2）無(wú)關(guān)人員退至安全距離。

3）安裝工人開(kāi)始安裝第一根護(hù)管，通知鉆機(jī)司機(jī)開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)，利用鉆機(jī)推力將護(hù)管頂入鉆孔中，待護(hù)管推入指定位置后（不要將護(hù)管連接頭推入鉆孔），通知鉆機(jī)司機(jī)退鉆，連接下一根護(hù)管，依次循環(huán)，直至護(hù)管安裝完畢（護(hù)管連接為插接式，利用螺栓固定，具體見(jiàn)圖4），護(hù)管安裝示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 護(hù)管安裝示意圖

3.4 鉆孔封孔工藝

鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔長(zhǎng)度6 m（鉆孔兩端分別封3 m），封孔就是將護(hù)管周?chē)目障短疃?，將護(hù)管先連接到支管上，然后連接到干管上，再連接到主管上，最后到瓦斯抽采系統(tǒng)。為了避免護(hù)管內(nèi)因碰撞晃動(dòng)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(hù)管固定牢固或用木楔塞緊[3-4]。

4 抽采管路及敷設(shè)

利用變徑通過(guò)軟管將支管與Φ426 mm護(hù)管連接，并入抽放系統(tǒng)，連接方式見(jiàn)圖5。

圖5 連接方式示意圖

附屬裝置主要為放水器、計(jì)量裝置、排渣器等。其中放水器可以采用自動(dòng)放水器或是加工人工放水器，必要時(shí)連接裝置上也可設(shè)放水閥門(mén)。計(jì)量裝置用于觀測(cè)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(jì)量裝置可采用原有管路的孔板流量計(jì)[5]。

5 大直徑鉆孔替代聯(lián)絡(luò)巷埋管比較

5.1 從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行比較

72909工作面順槽長(zhǎng)度1 362 m，共設(shè)計(jì)44個(gè)大直徑鉆孔，單孔長(zhǎng)度26 m，共計(jì)1 144 m；聯(lián)絡(luò)巷埋管共需施工44個(gè)聯(lián)絡(luò)巷，單個(gè)聯(lián)絡(luò)巷（橫穿）26 m，共計(jì)1 144 m。費(fèi)用明細(xì)如下表2所示：

表2 費(fèi)用明細(xì)表

5.2 從時(shí)間上進(jìn)行比較（見(jiàn)表3）

表3 施工時(shí)間對(duì)比表

5.3 從安全上進(jìn)行比較

鉆孔層位在鄰近工作面順槽施工聯(lián)絡(luò)巷，密閉后進(jìn)行埋管需投入大量的財(cái)力和人力，這種抽采方法不僅要大量的施工聯(lián)絡(luò)巷和密閉，同時(shí)貫通過(guò)程中需要調(diào)風(fēng)，且由于聯(lián)絡(luò)巷處于應(yīng)力集中區(qū)煤柱中，在回采過(guò)程中聯(lián)絡(luò)巷和密閉管理維護(hù)困難，增加安全成本，而大直徑鉆孔代替聯(lián)絡(luò)巷可從根本上解決上述問(wèn)題，確保安全。

6 推廣與應(yīng)用

目前，72909工作面大直徑鉆機(jī)鉆孔埋管替代聯(lián)絡(luò)巷埋管技術(shù)應(yīng)用尚屬首次，下一步將在北五2號(hào)煤盤(pán)區(qū)及南九中組煤盤(pán)區(qū)推廣，以解決工作面上隅角瓦斯問(wèn)題。

大直徑鉆機(jī)鉆孔埋管替代聯(lián)絡(luò)巷埋管技術(shù)的應(yīng)用，解決了杜兒坪礦以往治理回采工作面現(xiàn)采空區(qū)瓦斯施工聯(lián)絡(luò)巷施工工期長(zhǎng)、費(fèi)用投入大等問(wèn)題，同時(shí)緩解了礦井的采掘接續(xù)，減少了聯(lián)絡(luò)巷的施工費(fèi)用，對(duì)杜兒坪礦回采工作面采空區(qū)瓦斯治理方式的改進(jìn)有良好的借鑒意義及推廣應(yīng)用價(jià)值。