摘 要:煤層瓦斯抽采是保證煤炭安全開采的重要措施,也是提高煤炭資源利用率的重要途徑。目前瓦斯抽采多是通過(guò)抽采鉆孔來(lái)完成的,因此鉆孔的施工對(duì)于保證瓦斯抽采的效率具有重要作用。根據(jù)抽采鉆孔的層位,鉆孔可以分為本煤層鉆孔、穿層鉆孔以及頂板高位鉆孔。鉆孔的類型不同,施工方式及技術(shù)裝備都會(huì)有所不同。本文分析了各類抽采鉆孔的施工技術(shù)特點(diǎn),可以為技術(shù)人員提供一定的參考。
關(guān)鍵詞:瓦斯抽采;安全開采;資源利用率;鉆孔施工技術(shù)
1 引言
我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,是一個(gè)能源消費(fèi)大國(guó)。在我國(guó)的一次能源消費(fèi)中,煤層占60%以上,而且在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),仍將占有很大的比例。我國(guó)煤礦的開采多是通過(guò)礦井開采完成的,由于極其復(fù)雜的煤層地質(zhì)條件,在開采過(guò)程中地質(zhì)災(zāi)害事故頻發(fā),帶來(lái)了極其惡劣的社會(huì)影響。瓦斯被譽(yù)為煤礦安全的頭號(hào)殺手,防治瓦斯災(zāi)害是安全工作的重點(diǎn)內(nèi)容。為了防治煤礦瓦斯事故,國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局提出了“先抽后采,監(jiān)測(cè)監(jiān)控,以風(fēng)定產(chǎn)”的十二字方針,國(guó)務(wù)院辦公室也提出“堅(jiān)持先抽后采,治理與利用并舉”的方針。為了有效的控制煤層的瓦斯,先對(duì)煤層中的瓦斯進(jìn)行抽采,然后再進(jìn)行煤層開采[1]。
目前瓦斯抽采多是通過(guò)鉆孔來(lái)抽采煤層中的瓦斯。對(duì)于突出礦井,在治理瓦斯時(shí)需要施工的抽采鉆孔的數(shù)量更多,有的突出礦井每萬(wàn)噸瓦斯抽采鉆孔的工作量就達(dá)一千多米,這就增加了瓦斯治理的難度。從抽采鉆孔的層位來(lái)劃分,抽采鉆孔可以分為本煤層鉆孔、穿層鉆孔以及頂板高位鉆孔。從鉆孔的深度來(lái)看,可以分為淺孔(長(zhǎng)度小于300m)、中深孔(長(zhǎng)度300~500m)以及深孔(長(zhǎng)度超過(guò)500m)。根據(jù)鉆孔的直徑來(lái)看,可以分為常規(guī)鉆孔(孔徑小于110mm)和大直徑鉆孔(孔徑大于150mm)。在實(shí)際的工程中,要從地質(zhì)條件,瓦斯含量,抽采方式工作條件等各種方面考慮選用鉆孔直徑和鉆孔深度。
2 頂板高位抽采鉆孔施工技術(shù)
為了提高瓦斯抽采的效率,大部分礦區(qū)開始采用高位鉆孔來(lái)抽采煤層中的瓦斯。在工作面推進(jìn)過(guò)程中,采空區(qū)上方會(huì)形成冒落帶和裂隙帶,這個(gè)區(qū)域內(nèi)瓦斯的流動(dòng)性很好,濃度很高。隨著鉆孔技術(shù)水平的提高,這個(gè)技術(shù)應(yīng)用的越來(lái)越廣泛。
2.1 高位鉆孔層位的選擇
開采過(guò)程中巖層移動(dòng)規(guī)律表明,在采空區(qū)上方的巖體中可以分為冒落帶,裂隙帶和彎曲下沉帶,也是我們俗稱的“三帶”。上覆巖層的三帶對(duì)瓦斯的運(yùn)移產(chǎn)生了重要的影響,巖層的離層裂隙是瓦斯聚集的空間,也是瓦斯運(yùn)移的通道。瓦斯由工作面進(jìn)入采空區(qū)上覆巖層的通道也就導(dǎo)氣帶。根據(jù)上覆巖層運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和瓦斯流動(dòng)的情況來(lái)看,在裂隙帶的中下部裂隙會(huì)充分發(fā)育,這有助于瓦斯的流動(dòng)和聚集,在這個(gè)區(qū)域內(nèi)瓦斯的濃度高,是抽采的理想?yún)^(qū)域。因此,高位抽采鉆孔應(yīng)該布置在采空區(qū)三帶的裂隙帶中[2-3]。為了保證抽采鉆孔的穩(wěn)定性,能有效的抽采采空區(qū)中的瓦斯,抽采鉆孔應(yīng)該受到采動(dòng)的影響較小,以保證抽采鉆孔的完整性。
2.2 鉆孔直徑的確定
由于頂板高位抽采鉆孔的長(zhǎng)度較大,施工難度較高,因此,為了提高抽采的效果,頂板高位抽采鉆孔的直徑一般比較大。在進(jìn)行鉆孔時(shí),要考慮巖層的狀況、鉆機(jī)的能力以及鉆孔的深度,這樣有助于抽采鉆孔的快速施工。當(dāng)煤層的上覆巖層條件比較好時(shí)滿足打長(zhǎng)鉆孔的要求時(shí),這時(shí)可以選擇先進(jìn)的長(zhǎng)鉆孔鉆機(jī)來(lái)進(jìn)行施工。反之,當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜時(shí),長(zhǎng)鉆孔施工不可能實(shí)現(xiàn)時(shí),應(yīng)根據(jù)施工的具體情況來(lái)選擇合適的鉆進(jìn)設(shè)備以及鉆孔深度。同等條件下,鉆孔的直徑越大瓦斯的滲透有效面積越大,抽采效果越好。但是選擇鉆孔直徑時(shí),要綜合考慮抽采的周期和施工條件是否滿足。在應(yīng)用中,要根據(jù)不同地形采取不同孔徑鉆孔進(jìn)行抽采效果的對(duì)比和分析 ,選擇技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理的鉆孔直徑。
2.3 鉆場(chǎng)的布置形式
在抽采鉆孔的施工參數(shù)確定以后,要根據(jù)工作面的位置布置合適的鉆孔,以此來(lái)保證鉆孔的抽采效果,選擇合適的位置布置鉆場(chǎng)。由于回風(fēng)巷的風(fēng)壓要高于進(jìn)風(fēng)采的風(fēng)壓,靠近會(huì)側(cè)的鉆孔抽采效果較好,因此鉆孔的布置多靠近回風(fēng)巷的一側(cè)。在鉆孔施工過(guò)程中,在回風(fēng)巷每隔一定的距離就要設(shè)計(jì)一個(gè)鉆場(chǎng),鉆場(chǎng)的間距取決于鉆孔的長(zhǎng)度,每個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔都應(yīng)該呈小扇形分布并且鉆孔朝向回采面的方向。當(dāng)工作面的頂板的巖石穩(wěn)定性較差時(shí)或含有松軟泥巖時(shí),鉆孔要避開這層巖層而且鉆孔的施工長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)。而對(duì)于高位鉆孔,如果地層條件許可應(yīng)該選擇能力大的鉆機(jī)來(lái)進(jìn)行大直徑、長(zhǎng)深度的瓦斯抽采鉆孔。
3 本煤層鉆孔施工技術(shù)
在高瓦斯礦井及突出礦井開采之前,為了保證開采的安全性,通常需要在煤層中布置鉆孔來(lái)抽采煤層中的瓦斯。由于本煤層鉆孔都位于煤層中,鉆孔的有效長(zhǎng)度大,掘進(jìn)速度快,抽采效果好。因此,煤層瓦斯預(yù)抽多采用這種方法。
本煤層鉆孔按照服務(wù)的類型可以分為兩類,為回采服務(wù)的順層長(zhǎng)鉆孔和為巷道掘進(jìn)服務(wù)的防突鉆孔。服務(wù)于煤層開采的抽采鉆孔布置在工作面的上下順槽之中,鉆孔的間距一般在3m到5m左右,而用于巷道掘進(jìn)的抽采鉆孔其鉆孔的長(zhǎng)度多為工作面長(zhǎng)度的一半左右。對(duì)于掘進(jìn)巷道的抽采鉆孔,應(yīng)該沿巷道的兩幫每隔一段距離設(shè)置一個(gè)鉆場(chǎng),在鉆場(chǎng)向工作面方向進(jìn)行施工,鉆孔應(yīng)該呈扇形分布,以此來(lái)保證鉆孔對(duì)煤層瓦斯抽采的有效性。為了使鉆孔的方向不偏離掘進(jìn)方向,在施工時(shí)應(yīng)該采取有效的措施對(duì)鉆孔進(jìn)行糾斜。對(duì)于有突出危險(xiǎn)性的煤層,在鉆孔施工時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到噴孔現(xiàn)象,這對(duì)于施工的安全性十分不利。為了保證鉆孔施工的安全性,在施工時(shí)首先施工較淺的防突鉆孔來(lái)釋放煤層瓦斯壓力,這類鉆孔的深度通常在10到30m左右,鉆孔直徑小于100mm,間距和半徑通常在1m左右。有些煤層的瓦斯含量特別高,有時(shí)候排放孔設(shè)在煤巷兩側(cè),確保煤巷正常的掘進(jìn),這類防突鉆孔設(shè)備比較簡(jiǎn)單,而且鉆孔深度還比較淺。也有極少數(shù)特別的情況下,為了提高掘進(jìn)的速度,采用直徑較大深度超過(guò)50m的防突抽采孔?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明,在地層比較合適的情況下,采用大直徑防突鉆孔可以起到很好的防突防噴效果,提高了巷道的掘進(jìn)速度。
4 穿層采鉆孔施工技術(shù)
由于煤層具有極大的突出危險(xiǎn)性,在本煤層施工抽采鉆孔顯然是不可取的。為此,多采用鄰近巷道向煤層來(lái)進(jìn)行鉆孔(或是在煤層的頂板或底板施工用于瓦斯抽采的巷道),這類鉆孔稱之為穿層鉆孔。穿層鉆孔的長(zhǎng)度多是通過(guò)巷道的距離抽采煤層的距離來(lái)確定。對(duì)于要抽采的煤層,抽采鉆孔應(yīng)該呈網(wǎng)格式布置,根據(jù)實(shí)測(cè)的鉆孔抽采半徑來(lái)確定鉆孔的間距。為了保證抽采的有效性,在開采前鉆孔應(yīng)該接入抽采管路中足夠多的時(shí)間。穿層鉆孔抽采時(shí),抽采的煤層得到了充分的卸壓,裂隙大量發(fā)育,在礦井負(fù)壓和抽采的作用下,瓦斯可以被快速抽走。由于煤層瓦斯含量降低,所以達(dá)到消突瓦斯的突出危險(xiǎn)性的目的。由于穿層鉆孔與煤層斜交,鉆孔的利用率并不高。而且鉆孔要穿透煤層的頂板或底板,這對(duì)于工作面的防水十分不利。穿層鉆孔只有在地質(zhì)條件合適的情況下才能應(yīng)用。
5 小結(jié)
煤層瓦斯抽采是保證煤炭安全開采的重要措施,也是提高煤炭資源利用率的重要途徑。目前瓦斯抽采多是通過(guò)抽采鉆孔來(lái)完成的,因此鉆孔的施工對(duì)于保證瓦斯抽采的效率具有重要作用。根據(jù)抽采鉆孔的層位,鉆孔可以分為本煤層鉆孔、穿層鉆孔以及頂板高位鉆孔。鉆孔的類型不同,施工方式及技術(shù)裝備都會(huì)有所不同。雖然近幾年來(lái),我國(guó)的瓦斯抽采技術(shù)和工藝都得到了重大的發(fā)展,但是與國(guó)外還存在著明顯的差距。隨著科技的進(jìn)步、理論研究的深化、鉆具制作技術(shù)斷改進(jìn)、鉆孔施工技術(shù)的不斷優(yōu)化,未來(lái)鉆孔施工技術(shù)會(huì)取得更加突出的成就。
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[3]和鵬鵬.探究煤礦井下瓦斯抽采鉆孔的裝備與施工技術(shù)[J].山東煤炭科技,2018(04):127-128+131.
作者簡(jiǎn)介:
樊陽(yáng)陽(yáng)(1983- ),男,漢族,河北省井陘縣人,2015年畢業(yè)于山西煤炭管理干部學(xué)院煤礦開采技術(shù)專業(yè),通風(fēng)助理工程師,現(xiàn)就職于山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司。