2023年《安全技术》之边抽边掘技术在高瓦斯突出危险煤层掘进中的实践与应用.docx

边抽边掘技术在高瓦斯突出危险煤层掘进中的实践与应用 李庆明 谢桥煤矿位于淮南潘谢矿区西翼，是一座设计年产量400万t的特大型现代化矿井，2023年实际生产能力到达560万t。井田内13-1煤层为突出危险煤层，1151（3）工作面是矿井东翼-610m下山采区13-1煤层首采面，工作面走向长1 900m，标高-590～-660m设计采煤方法为综采放顶煤。1151（3）工作面煤层赋存稳定，走向倾角97°～107°，煤层平均倾角12°18′，平均煤厚5.9m。 工作面下顺槽掘进初期，主要通过加大风量来排放瓦斯，施工超前排放钻孔来消除突出。但在掘进施工3个月内的实践证明，消突效果不明显，预测指标经常超标，且防突措施工程量巨大，既费时又费力，达不到预期效果，而且瓦期频繁超限，绝对瓦斯涌出量达6.21m3/min，严重影响掘进进度，造成工作面接替紧张。为此，从2023年4月开始，采取巷帮钻场边抽边掘技术，取得了显著效果，巷道于2023年2月实现了平安贯穿。 1 技术原理 通过在巷道两帮施工钻场，在钻场内和迎头沿工作面走向方向施工长钻孔抽放瓦斯，以到达消除突出危险、保证工作面掘进进尺的目的。首先，通过长钻孔抽放可减少由煤体涌入巷道空间的瓦斯，降低风排瓦斯量；其次，采取抽放措施后，煤体的瓦斯压力得到释放，地应力也显著降低，即通过降低发生瓦斯突出的地应力和瓦斯压力来消除煤与瓦斯突出危险。 2 钻场及钻孔布置 巷道掘进每50m为1个循环，即在顺槽两帮每隔50m施工2个对称钻场，钻场规格为：长×宽×高＝5m×4m×2.2m。每个钻场施工4个钻孔，迎头施工6个钻孔，孔深60m，孔径94mm。钻孔施工完毕采用聚胺脂封孔，封孔深度不低于5m。钻场钻孔每天24h不间断抽放，迎头钻孔至少抽放24h。考虑到钻孔成孔工艺的差异，每掘进循环钻孔交叉10m，钻场和钻孔布置见图1。 图1 钻场及钻孔设计示意图 由于13-1煤层透气性低，为提高瓦斯抽放量，利用地面永久抽放泵进行抽放。工作面抽排管直径Φ159mm，抽放负压25～30kPa，并定期考察抽放浓度、流量、负压等根本参数。 3效果分析 1）从2023年4月到2023年2月,1151（3）下顺槽掘进面累计抽放瓦斯5.81×105m3，平均每分钟抽放1.2m3，工作面抽放率达19.3％。 2）由于钻场钻孔拦截了局部巷道周边煤体涌入巷道的瓦斯，大大降低了风流中的瓦斯浓度，杜绝了瓦斯超限现象。2023年1～3月，在未实施边抽边掘技术时，共发生瓦斯超限6次，瓦斯浓度最高到达4％，正常情况下瓦斯浓度也到达0.80％。在采取边抽边掘措施后，没有发生一次瓦斯超限事故，瓦斯浓度最高不超过0.70％，正常情况下为0.60％，如图2所示。 图2 措施前后工作面瓦斯浓度比较 3）通过抽放，使煤体的物理力学性质得到改变，应力集中带前移，增加了迎头前方煤体的卸压带宽度和透气性，降低了发生突出的动力即瓦斯压力和地应力。实践证明，在没有执行边抽边掘防突措施时，月平均防突预测指标超限次数为5.75次，采取深孔抽放措施后，月平均防突预测指标超限次数为2.25次，月平均防突预测超限次数限低61％，大大节省了防突人力、物力。 4）通过施工长钻孔，根本能探出工作面前方落差小于3m的较小断层，这是目前采取其他手段所难以判断的，防止了一定的地质风险。 5）在没有执行边抽边掘防突措施前，平均月进尺61.2m，采取深孔抽放措施后，平均月进尺156.8m。掘进进尺稳定在150～160m/月，最高到达182m/月，是采取措施前的2～3倍。工作面贯穿工期比原方案提前了近3个月时间，消除了采面接替紧张的局面。应用效果见表1。 表1 边抽边掘技术效果比较表 项 目 实施边抽边 掘技术前 实施边抽边 掘措施后 月平均瓦斯超限次数/次 月平均防突预测指标超限数/次 月平均进尺量/m 工作面贯穿工期/月 2 5.75 61.2 16 0 2.25 150 13 4 结语 1）1151（3）下顺槽掘进实践证明：通过采取边抽边掘技术后，既解决了工作面瓦斯超限问题，又不同程度地消除了突出危险，同时掘进进尺大幅度提高。边抽边掘技术是高瓦斯突出危险煤层治理瓦斯的有效措施之一。 2）为提高抽放效果，封孔质量要求较高，由于煤层透气性低，可设大流量专用移动抽排泵抽放，加大孔口负压，增强抽放效果。 3）钻孔参数还需进一步优化，以提高钻孔利用率和瓦斯抽放效果。抽放钻孔孔径应尽量大。由于迎头钻孔抽放时间短，故可通过增加钻孔数量、降低钻孔深度、增加钻孔施工循环次数来解决。 4）巷帮钻场在钻孔施工期间，容易造成局部瓦斯积聚，目前主要的解决方法是在风筒上拔风袖进行风排瓦斯。 矿业平安与环保