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        “兩堵一注”封孔配套下篩管工藝抽采技術(shù)研究

        2014-12-26 05:44:32王建彬
        技術(shù)與市場 2014年11期
        關(guān)鍵詞:主輔篩管封孔

        王建彬

        (山西晉煤集團 沁水胡底煤業(yè)有限公司,山西 晉城048214)

        1 主輔運迎頭鉆孔施工地點瓦斯地質(zhì)條件

        胡底礦井為煤與瓦斯突出礦井,主采3#煤層,屬不易自燃煤層,煤塵無爆炸危險性[3]。主輔運迎頭揭煤位置處在背斜一翼,主運迎頭剛過DF 主運1 H=2 m∠80°斷層,標高+187 m,輔運迎頭預(yù)計5 m 揭露DF 主運1 斷層,標高+179 m,如圖1所示。主輔運迎頭揭煤區(qū)域?qū)崪y原始瓦斯含量最大為17 m3/t,3#煤層透氣性系數(shù)為13.03 -21.30 m2/(MPa2·d),3#煤層堅固性系數(shù)f 值為0.65 -0.77。

        圖1 胡底礦井

        2 主輔運迎頭鉆孔對比分析

        2.1 主輔運迎頭鉆孔抽采效果分析

        表1 主運迎頭鉆孔抽采效果分析

        表2 輔運迎頭鉆孔抽采效果分析

        類型 施工時間 總孔數(shù) 總進尺 成孔數(shù) 成孔進尺 成孔煤孔進尺 成孔率 煤孔進尺率 百米鉆孔流量普通鉆孔 10.21~11.27 107 6 208 98 5 198 1757 91.5% 28.3%—下篩管孔 10.21~11.27 27 1 657 27 1 657 478 100% 28.8%—134 7 865 125 6 588 2 235 93.28% 28.4% 0.098合計 —

        從鉆孔工程量來看,根據(jù)主輔運揭煤鉆孔布置圖可知,其鉆孔掩護范圍比值關(guān)系為4 ∶5,由于主輔運迎頭均位于3#煤層底板法距7m 外,具有可比性。對比分析可知:單位抽采范圍內(nèi)主運布置鉆孔總進尺比值為78765 ÷4:20497.5 ÷5 =1:2.08,即主運每掩護1 m2煤層所需的鉆孔量是輔運的2 倍。

        從鉆孔抽采效果來看,輔運迎頭煤孔百米鉆孔流量為0.098 m3/(min·hm),主運迎頭面米鉆孔流量為0. 035 m3/(min·hm),即輔運迎頭百米鉆孔流量是主運迎頭百米鉆孔流量的2.8 倍。

        2.2 影響主運鉆孔抽采效果的原因

        主運鉆孔抽采效果不好的原因有以下幾方面:一是原始瓦斯含量大,鉆孔內(nèi)易突出。二是鉆孔設(shè)計過密,易穿孔。三是鉆孔布置點剛過斷層,且受爆破破巖工藝影響,巖體破碎,易塌孔。四是鉆孔聚氨脂封孔工藝不合理,長度不足。

        3 主要采取的措施

        3.1 提高開孔段巖層整體強度

        為提高開孔段巖層整體性和強度,提高抽采效果,主要采取了以下措施。一是鉆孔布置面按3 000 mm×3 000 mm 間距布置73 000 mm 的錨索,噴漿100 mm,強度C20,巷道支護方面確保開孔段巖層穩(wěn)定;二是鉆孔布置面預(yù)注漿,采用風動注漿泵注水泥砂漿,水灰比0.8 -1,注漿壓力約為0.4 MPa,提高封孔段巖層氣密性,單孔水泥注漿50 kg 左右。

        3.2 優(yōu)化鉆孔設(shè)計,減少穿孔

        為解決鉆孔穿孔現(xiàn)象過多的問題,主要采取了以下措施:一是增大鉆孔開孔間距,由原先300 mm 左右鉆孔間距增大至500 mm 間距以上。二是合理組織鉆孔施工順序,在設(shè)計中明確鉆孔施工順序,現(xiàn)場標定開孔點,有序施工,減少穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。

        3.3 試用篩管新工藝,防止孔內(nèi)塌孔,提高抽采效果

        3.3.1 篩管施工工藝

        鉆孔成孔后,全孔下入帶有篩眼的抗靜電阻燃聚氯乙烯管(以下簡稱PVC 管),作為護壁管和瓦斯抽采通道,既解決了塌孔問題,又不影響瓦斯逸出。其工藝流程為:使用φ94 可脫芯鉆頭+φ73/63.5 mm 大通孔鉆進至設(shè)計孔深,此時下入帶有懸掛裝置的PVC 管并將鉆頭鎖芯頂開,PVC 管及懸掛裝置通過鉆頭,連接于PVC 管上的懸掛裝置打開,并牢固地卡于孔壁上,提出鉆桿而PVC 護壁管留在孔內(nèi)。

        下PVC 管護壁技術(shù)可分為兩大部分:①將PVC 管下至鉆頭處,頂開鉆頭鎖芯并穿過。②連接在PVC 管上的孔底懸掛打開并固定在孔壁上。

        3.3.2 下篩管鉆孔抽采效果分析

        輔運迎頭共試驗下篩管鉆孔27 個,總進尺1 657 m,煤孔進尺478m,煤孔率28.8%。試驗過程中,部分鉆孔出現(xiàn)穿孔或封孔質(zhì)量問題導(dǎo)致鉆孔濃度與抽氣量較低,對比數(shù)據(jù)選取4 個(3#、7#、17#、25#)有代表性鉆孔進行分析。

        3#鉆孔:傾角28°,方位角90°,1 -22 m 矸-32 m 煤-46 m矸。衰減系數(shù)為0.020 4 d-1。

        7#鉆孔:傾角14°,方位角90°,1 -24 m 矸-37.5 m 煤-50 m矸。衰減系數(shù)為0.036 d-1。

        17#鉆孔:傾角-1°,方位角90°,1 -48 m 矸-65 m 煤-71 m 矸。衰減系數(shù)為0.014 7 d-1。

        25#鉆孔:傾角2°,方位角90°,1 -24 m 矸-54 m 煤-63 m矸。衰減系數(shù)為0.033 6 d-1。

        與沈陽煤科院測定鉆孔瓦斯衰減系數(shù)0.034 d-1對比分析,7#、25#鉆孔達到了最好抽采效果;而3#、17#孔則較差。

        3.4 改變封孔工藝,提高抽采效果

        聚氯脂封孔具有方便、快捷、易操作等特點,但存在封孔距離短、遇水易收縮漏氣等問題。為提高抽采效果,采用“兩堵一注”封孔工藝。其主要優(yōu)點為:一是提高了鉆孔封孔長度,達到了5 m;二是提高了鉆孔封孔段巖體氣密性,高壓注漿有利于孔口巖層裂隙的注漿封堵,且不受水的影響。

        4 結(jié)語

        在采取優(yōu)化鉆孔設(shè)計,減小穿孔;提高開孔段巖體強度,試用篩管新工藝,防止孔內(nèi)塌孔,推廣使用“兩堵一注”封孔法后,能有效提高上行穿層鉆孔的瓦斯抽采效果和減少鉆孔工程量。但兩者在提高抽采效果所占的比重無法計算。

        5 存在的問題及建議

        5.1 存在的問題

        孔口漏氣現(xiàn)象仍較普遍。主要原因有兩方面:一是注漿質(zhì)量將爆破裂隙充分注實,5 m 封孔段以里仍有裂隙導(dǎo)通;二是封孔質(zhì)量不合格,有竄漿現(xiàn)象。在提高孔口負壓至13 kPa 的情況下,濃度全部下降至10%以下。篩管尾部與DN50PVC 封孔管重疊段無封堵措施,篩管僅能起到護孔作用,無法保證負壓作用于有孔段。在鉆孔施工初期,原始瓦斯壓力尚未釋放前,鉆孔投抽后塌孔現(xiàn)象嚴重,篩管能起到護孔作用;但在原始壓力釋放后,鉆孔投抽后基本不塌孔,下篩管浪費材料,投入高。

        5.2 建議

        進一步提高封孔段巖體整體性,繼續(xù)推廣使用表皮注漿配合深孔注漿的工藝,徹底解決巖體漏氣問題。增大封孔長度至8~10 m 以上,確保鉆孔在高負壓下抽采。根據(jù)瓦斯地質(zhì)條件變化情況和鉆孔施工順序,選擇性地使用篩管。

        [1] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. 防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.

        [2] 俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1990.

        [3] 田富超.寺河礦西井區(qū)3 號煤層瓦斯突出預(yù)測指標研究[D]. 焦作:河南理工大學,2010.

        [4] 郭昆明,肖麗輝,馮大鈞,等. 新型瓦斯抽采鉆孔設(shè)備及下放篩管技術(shù)研究[J].煤炭工程,2014(1):50 -53.

        [5] 肖麗輝,李彥明,郭昆明,等.松軟突出煤層全孔段下放篩管瓦斯抽采技術(shù)研究[J].煤炭科學技術(shù),2014(7):61-64.

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