馮治
(山西陽(yáng)煤寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 晉中 045300)
寺家莊礦原本采用的“以巖保煤+水力造穴”預(yù)抽煤巷條帶區(qū)域瓦斯的區(qū)域防突措施存在施工穿層鉆孔用時(shí)較長(zhǎng)、成本較高,抽放達(dá)標(biāo)時(shí)間較長(zhǎng),打鉆地點(diǎn)工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)化較差等問(wèn)題,因此研究“小煤柱”瓦斯治理技術(shù),以寺家莊礦15114工作面為研究對(duì)象。
寺家莊礦15114工作面回風(fēng)巷位于中央盤區(qū),北部為盤區(qū)大巷,西部為15112工作面(已回采),東部為15114低位抽放巷。該掘進(jìn)工作面地面標(biāo)高927—1 115 m,工作面標(biāo)高530—600 m。15114工作面回風(fēng)巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3 687 m,回風(fēng)巷掘進(jìn)分2個(gè)階段布置鉆孔:第一階段(前1 687 m)采用“小煤柱掘進(jìn)+以巖保煤”瓦斯治理措施;第二階段采用底抽巷“以巖保煤+水力造穴”穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。巷道布置如圖1所示。
圖1 1 51 1 4工作面回風(fēng)巷巷道布置Fig.1 15114 working face return air roadway layout
15114工作面回風(fēng)巷第一階段(前1 687 m)采用“小煤柱+以巖保煤”瓦斯治理措施,15114低位抽放巷穿層鉆孔只預(yù)抽15114回風(fēng)巷以及東側(cè)15 m范圍內(nèi)瓦斯,西側(cè)10 m范圍內(nèi)用小煤柱瓦斯治理措施代替鉆孔預(yù)抽措施。
(1)小煤柱瓦斯治理措施。15114工作面回風(fēng)巷布置在鄰近15112采空區(qū)卸壓區(qū)域內(nèi),15114工作面回風(fēng)巷西側(cè)煤柱與15112采空區(qū)寬度為10 m,該10 m范圍內(nèi)不施工區(qū)域措施鉆孔,在15114工作面回風(fēng)巷以及東側(cè)15 m范圍內(nèi)施工區(qū)域鉆孔,通過(guò)測(cè)試的區(qū)域含量、局部K1值、掘進(jìn)期間風(fēng)流瓦斯、是否存在動(dòng)力現(xiàn)象等數(shù)據(jù)分析該工藝的實(shí)用性。
(2)以巖保煤瓦斯治理技術(shù)。在低位抽放巷(距15號(hào)煤層頂板上方7~15 m,與回風(fēng)巷水平距離5~15 m)施工穿層鉆孔和機(jī)械造穴鉆孔,預(yù)抽煤巷及見(jiàn)煤點(diǎn)輪廓線外15 m范圍瓦斯,每4 m布置一組兩列5個(gè)機(jī)械造穴鉆孔。造穴設(shè)備從ZDY7200LX型液壓履帶鉆機(jī)配套BLY-800/2型礦用履帶泥漿泵車逐步升級(jí)為“大直徑鉆頭、大扭矩鉆機(jī)、大流量泵車”本煤層鉆孔成套技術(shù)裝備,使用ZDY10000LX型液壓履帶鉆機(jī),配套YB-1200/10型泥漿泵車和φ550 mm可變徑機(jī)械擴(kuò)孔裝置。鉆孔開(kāi)孔直徑為133 mm,見(jiàn)煤后0.5 m后機(jī)械擴(kuò)孔裝置打開(kāi)進(jìn)行擴(kuò)孔,擴(kuò)孔期間使用1 200 m3/min大流量泥漿泵進(jìn)行排渣,成孔后使用空氣壓縮機(jī)(壓力為1.5 MPa以上)對(duì)鉆孔進(jìn)行吹水、排渣。按1∶1.2的水灰比進(jìn)行“一堵一注”封孔,封孔段不少于6 m。連抽裝置為專用“U”型卡、2寸三通、高壓連接裝置,留設(shè)觀測(cè)嘴和吹水嘴,便于連抽后將鉆孔內(nèi)的積水吹出。
2.1.1 措施情況
15114低位抽放巷鉆孔布置剖面圖、15114低位抽放巷鉆孔布置如圖2、圖3所示。
圖2 1 51 1 4低位抽放巷鉆孔布置剖面圖Fig.2 15114 low drainage roadway drilling layout section
圖3 1 51 1 4低位抽放巷鉆孔布置Fig.3 15114 lowdrainage roadway drilling layout
15114工作面低位抽放巷穿層鉆孔每組共布置5個(gè)鉆孔,每組鉆孔間距為4 m,區(qū)域預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)鉆孔每10組(40 m)取一次,2號(hào)、4號(hào)為含量孔,目前巷道已抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判800 m,區(qū)域最大預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)原始瓦斯含量7.26 m3/t,均不超標(biāo),說(shuō)明鄰近采空區(qū)處于整體卸壓、無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)域。
2.1.2 工程施工情況
鉆孔和擴(kuò)孔一體化作業(yè),鉆桿連接機(jī)械擴(kuò)孔裝置和鉆頭進(jìn)行鉆孔作業(yè),鉆孔到擴(kuò)孔位置,調(diào)整泵的流量,機(jī)械擴(kuò)孔裝置刀臂打開(kāi)(打開(kāi)直徑550 mm)進(jìn)行擴(kuò)孔(擴(kuò)孔長(zhǎng)度5 m)。擴(kuò)孔完畢后,將泵車檔位調(diào)整至最大流量,利用1 200 L/min大流量水沖洗鉆孔3~5 min進(jìn)行排渣,最后鉆孔封孔接入抽采系統(tǒng)。若鉆孔內(nèi)積水積滿時(shí),利用排水裝置進(jìn)行排水。
鉆孔連接順序:封孔管內(nèi)伸入直徑16 mm膠管—孔口安裝PE直通—安裝帶有風(fēng)管接頭和觀測(cè)銅嘴的彎頭—連接抽放軟管(接頭安裝管卡)和直徑10 mm水管—抽放軟管連入集氣裝置,水管連入管排。
排水順序:關(guān)閉集氣裝置控制閥門—打開(kāi)集氣裝置放水閥門泄壓—打開(kāi)連接鉆孔的管排閥門—鉆孔內(nèi)膠管注入壓風(fēng),積水經(jīng)過(guò)封孔管流入集氣裝置內(nèi)—放水閥門排水。
巷道正前單排布置5個(gè)預(yù)測(cè)孔,孔深10 m,若預(yù)測(cè)K1值不超標(biāo),正常掘進(jìn)7.2 m;若K1值超標(biāo),則布置17個(gè)深度15 m的排放孔。2020年9月到12月,回風(fēng)巷預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)88次,均不超標(biāo),K1值最大為0.4。15114回風(fēng)巷局部措施布置如圖4所示。
圖4 1 51 1 4回風(fēng)巷預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)示意圖Fig.4 15114 forecast schematic diagram of return airway
15114工作面回風(fēng)巷全風(fēng)壓實(shí)際進(jìn)風(fēng)量1 287 m3/min,全風(fēng)壓實(shí)際回風(fēng)量1 291 m3/min,風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量623 m3/min。單孔出煤量達(dá)到3~5 t,瓦斯抽采濃度和抽采量是普通下行鉆孔的1.2~1.5倍。掘進(jìn)期間,煤頭瓦斯?jié)舛茸畲?.51%,回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸畲?.46%,平均0.2%,日均瓦斯涌出量為0.6~2.8 m3/min,總體上掘進(jìn)期間巷道風(fēng)流瓦斯較低,掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量較低。
(1)15114回風(fēng)巷采取“小煤柱掘進(jìn)+穿層鉆孔”瓦斯治理措施后,15114低位抽放巷減少施工穿層鉆孔604個(gè),減少煤段進(jìn)尺9 060 m(每米單價(jià)50元),巖段進(jìn)尺13 590 m(每米單價(jià)165元),減少封孔個(gè)數(shù)604個(gè)(封孔單價(jià)380元),節(jié)省資金292.487萬(wàn)元;由原來(lái)2個(gè)回采工作面間距30 m的煤柱優(yōu)化為10 m的煤柱,回采期間可以多采20 m煤柱的煤,約增加回采煤量106 304 t(每噸單價(jià)450元),增加資金4 783.68萬(wàn)元。累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益5 076.167萬(wàn)元。
(2)15114回風(fēng)巷采用該工藝后每月單進(jìn)151 m/月,最高單進(jìn)182 m/月,有效解決采掘銜接緊張問(wèn)題,充分釋放礦井產(chǎn)能,創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益,為突出煤層巷道的安全、快速掘進(jìn)找到一條新方法。
(1)掘進(jìn)進(jìn)度顯著提高。15114工作面回風(fēng)巷平均每月單進(jìn)151 m/月,最高單進(jìn)182 m/月,日進(jìn)度最高9 m。
(2)防突效果有效。15114工作面回風(fēng)巷共預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)88次,均不超標(biāo),K1值最大為0.4。
(3)抽采效果明顯。單孔出煤量達(dá)到3~5 t,瓦斯抽采濃度和抽采量是普通下行鉆孔的1.2~1.5倍。
(4)掘進(jìn)期間瓦斯控制效果有效。掘進(jìn)期間,煤頭瓦斯?jié)舛茸畲?.51%,回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸畲?.46%,平均0.2%,日均瓦斯涌出量為0.6~2.8 m3/min,總體上掘進(jìn)期間巷道風(fēng)流瓦斯較低,掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量較低。
(5)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益客觀?;夭善陂g可以多采20 m煤柱的煤,約增加回采煤量106 304 t(每噸單價(jià)450元),增加資金4 783.68萬(wàn)元。累計(jì)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益5 076.167萬(wàn)元。