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        基于定向鉆進(jìn)技術(shù)的掘進(jìn)工作面除塵方案設(shè)計

        2023-11-29 07:17:06
        云南化工 2023年11期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        孟 琪

        (中煤科工西安研究院(集團(tuán))有限公司,陜西 西安 710077)

        在巷道掘進(jìn)過程中,粉塵與瓦斯釋放量較大,對作業(yè)人員存在危害?,F(xiàn)有除塵方案存在占地面積大、施工作業(yè)工序復(fù)雜、抽采效果差等缺陷。針對煤礦井下巷道掘進(jìn)過程中現(xiàn)有的除塵問題,采用煤礦井下定向鉆進(jìn)技術(shù),結(jié)合對朱仙莊礦、蘆嶺礦的施工情況,編制本方案。

        1 研究地區(qū)掘進(jìn)背景

        某礦井煤層傾角3°~9°,平均煤厚 6.8 m,頂板為砂質(zhì)泥巖或泥巖,局部為粗粒砂巖,底板以泥巖為主,次為粉砂巖,工作面所掘煤層為二疊紀(jì)8#煤層。煤巖層總體近南北走向,為一寬緩向西傾斜的單斜構(gòu)造,煤層傾角為3°~5°,平均4°,詳見表1、表2。

        表1 煤層特征情況

        表2 煤層頂?shù)装迩闆r

        掘進(jìn)段距三(下)盤區(qū)輔運巷 745 m 開始,至設(shè)計巷道井田邊界范圍。受古河流沖刷,掘進(jìn)范圍內(nèi)煤層厚度變薄,頂板巖性由泥巖變?yōu)樯皫r。可能存在斷裂構(gòu)造,局部發(fā)育有同煤層走向一致的裂隙帶,從而導(dǎo)致頂板破碎及淋水增大,須加強頂板管理和排水措施。

        掘錨機掘進(jìn)時,巷道一次成巷。掘錨機在激光指向儀的導(dǎo)向下掘進(jìn),每次循環(huán)割入煤體 1.0 m。掘錨機掘進(jìn)截割時,截割頭首先升至巷道頂板,切入煤體(切入深度 1.0 m),從上而下截割。當(dāng)割到煤層底板時,收截割頭,截割底煤,再次將截割頭調(diào)整至巷道中部。當(dāng)頂幫全部支護(hù)完成后方可再進(jìn)行下一個循環(huán)。詳見圖1。

        圖1 掘錨機掘進(jìn)巷道截割軌跡循環(huán)圖

        現(xiàn)有除塵設(shè)計主要集中于以下措施:

        1)安設(shè)降塵噴霧:在距工作面 50 m 范圍內(nèi)設(shè)置1道凈化風(fēng)流水幕,在全風(fēng)壓回風(fēng) 100 m 以內(nèi)設(shè)置2道全斷面風(fēng)流凈化水幕,水幕噴頭間距不大于 0.8 m,并設(shè)置防塵噴霧濾網(wǎng);掘進(jìn)工作面履帶式轉(zhuǎn)載破碎機前后及各轉(zhuǎn)載點設(shè)置一道噴霧;回風(fēng)流噴霧距回風(fēng)口大于 1000 m 時,每隔 500 m 加設(shè)一道噴霧。

        2)安設(shè)隔爆水棚。

        3)定期沖洗巷道。膠運順槽每旬沖洗一次,轉(zhuǎn)載點處 20 m 范圍內(nèi)每天沖洗一次,沖洗時要對巷道的頂、底、兩幫、管線、電纜、風(fēng)筒、膠帶輸送機架子上的煤塵要沖洗干凈,防止粉塵堆積。

        2 本方案除塵系統(tǒng)設(shè)計

        2.1 總體方案設(shè)計

        掘進(jìn)工作面與除塵鉆孔內(nèi)的壓差是除塵鉆孔實現(xiàn)的前提。將于81311輔運39聯(lián)巷設(shè)置鉆場,并布設(shè)3個除塵鉆孔,孔徑 210 mm。根據(jù)該煤礦提供的81311切眼掘進(jìn)工作面迎頭靶點坐標(biāo),借助定向鉆進(jìn)技術(shù)鉆進(jìn)至靶點位置[1],鉆孔布設(shè)位置及平面軌跡設(shè)計如圖2、圖3所示。

        圖2 除塵鉆孔布設(shè)位置示意圖

        圖3 除塵鉆孔軌跡示意圖

        2.2 定向鉆孔設(shè)計

        除塵鉆孔水平間距約為 1.5 m,垂直方向位于巷道中上部。本煤層鉆孔井壁穩(wěn)定性好,為最大限度提高鉆孔通風(fēng)量,同時兼顧井壁穩(wěn)定性,除塵鉆孔終孔直徑設(shè)計為 210 mm,借助精確定向鉆進(jìn)技術(shù)及該煤礦提供靶點坐標(biāo)數(shù)據(jù)[2],確保全孔段鉆孔均位于掘進(jìn)斷面中上部。

        除塵鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4。

        圖4 除塵孔鉆孔結(jié)構(gòu)示意圖

        如圖4所示,一開φ120 mm 鉆頭開孔鉆進(jìn)至 16 m,逐級擴孔至 315 mm,下入φ250 mm 套管 16 m,連接煤氣水分離器,連接負(fù)壓后邊鉆邊抽;二開φ120 mm鉆頭正常鉆進(jìn),依據(jù)該礦所提供靶點數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡設(shè)計,保證鉆孔軌跡位于煤層中上部位,達(dá)到目標(biāo)孔深后逐級擴孔至 210 mm。圖5、圖6為除塵鉆孔軌跡示意圖。

        圖5 鉆孔平面圖

        圖6 鉆孔剖面圖

        2.3 施工工藝設(shè)計

        本次施工將根據(jù)煤礦提供的靶點參數(shù),設(shè)計最優(yōu)鉆孔軌跡,采用水平定向鉆進(jìn)工藝,保證除塵效果最大化[3]。

        水平定向鉆進(jìn)工藝是指利用鉆孔自然彎曲規(guī)律或采用專用工具,使水平鉆孔軌跡按設(shè)計要求延伸至預(yù)定目標(biāo)的鉆探方法。圖7為定向鉆進(jìn)工藝流程圖。

        圖7 定向鉆進(jìn)施工工藝

        定向鉆進(jìn)完成后,更換鉆頭并逐級擴孔至 210 mm,封孔后連接負(fù)壓,完成除塵鉆孔施工流程[4]。

        3 應(yīng)用效果評價

        在預(yù)掘巷道空間范圍內(nèi)施工大直徑超前鉆孔,接入負(fù)壓抽放管路,通過負(fù)壓抽排粉塵及瓦斯?,F(xiàn)有施工方案試驗于多個礦井,均取得良好效果:在淮北朱仙莊礦巖巷掘進(jìn)過程中,降塵效率最大可達(dá)到97.2%;在蘆嶺礦煤巷掘進(jìn)過程累計抽采瓦斯純量22.1萬m3。應(yīng)用結(jié)果表明,大直徑超前定向鉆孔在降塵、除瓦斯等方面效果明顯,對煤礦安全生產(chǎn)、改善作業(yè)環(huán)境、提高施工效率等方面均具有重要意義[5]。

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