水力冲孔和带压封孔联合技术在穿层抽放钻孔中的应用.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 4 年第4 期 总第1 2 1 期 水力冲孔和带压封孔联合技术在穿层抽放钻孑 L 中的应用 华敬涛 。 。 尚 宾 。 朱海印 1 ． 鹤壁煤电股份有限公司第三煤矿 ， 河南 鹤壁 4 5 8 0 0 0 ； 2 ． 鹤壁煤电股份有限公司第六煤矿， 河南 鹤壁 4 5 8 0 0 0 ； 3 ． 鹤壁煤电股份有限公司第三煤矿， 河南 鹤壁 4 5 8 0 0 0 摘要通过对传统封孔工艺进行分析， 针对瓦斯抽采钻孔封孔普遍存在的问题， 提出了水力冲孔和 带压注浆封孔联合技术 ， 能有效封堵钻孔周 围裂隙、 提 高封孔质量 、 并在鹤煤三矿四水平北翼 第一辅 助回风巷钻场进行 了对比试验。结果表 明， 采 用水力冲孔和带压封孔联合技术后 ， 钻场 瓦斯抽采浓度 提 高了2 5 ％～ 4 0 ％， 效果显著。 关键字水力冲孔； 带压封孔技术； 抽放效果 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 2 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 4 0 4 0 0 2 4 0 3 煤与瓦斯突出是破碎煤 、岩和瓦斯在地应力和 瓦斯 的共同作用下 ，由煤体或岩体 内突然 向采掘空 间抛出的动力现象 ，是煤矿井下最严重 的灾害之一 ⋯ 。随着煤矿采掘深度 的增加和机械化程度的提高 ， 瓦斯问题严重制约着煤矿的安全与生产 ， 目前 ， 鹤煤 三矿从 一 5 5 0水平以深为煤与瓦斯突出危险区 ， 除 了 利用机械通风外 ，三矿解决瓦斯问题 主要采取综合 瓦斯抽放技术。在瓦斯抽放中， 影响抽放效果的因素 主要包括抽放方法 、 钻孔施工质量 、 封孔技 术 、 煤层 瓦斯赋存规律、 煤体的透气性能等， 鹤壁二 ． 煤层属 单一低透松软煤层 ， 在实际抽放 中 ， 钻孔封孑 L 技术 以 及煤层 的透气性能严重影响着瓦斯抽放效果 ， 因此 ， 如何提高封孔技术以及煤层增透技术是提高瓦斯抽 放率的关键 1 矿井概况 鹤煤三矿于 1 9 5 6年 5月建井 ， 1 9 5 8年 1 2月投 产， 矿井设计生产能力 6 0万 t ／ a ， 核定生产能力为 1 3 5 万 t ／ a 。矿井采用斜井 、 立井 、 暗斜井多水平上 、 下 山、 走向长壁放顶煤开采。一水平标高 一 6 8 m，二水平标 高 一 2 9 1 m， 三水平标 高 一 5 5 0 ， 从 一 5 5 0水平 以深为煤 与瓦斯突出危险区， 矿井主采二 煤层属单一低透松 软煤层 ， 平均煤厚 8 ． 2 6 m， 瓦斯 含量和瓦斯压 力均较 大 ， 目前实测的最大瓦斯含量为 1 6 ． 3 m ／ t ， 最高瓦斯压 力为 1 ． 4 MP a ， 煤层透气性 系数为 0 ． 0 3～0 ． 0 4 m d ， 实测 钻孔流量衰减系数为 0 ． 0 9～0 ． 1 7 6 d ～ ，瓦斯抽采难度 较大。 实验地点巷道为四水平北 翼第 一辅助 回风巷 ， 根据地面钻孑 L 资料 ， 该地 区埋深 7 5 0 m， 位于二 ， 煤下 1 6 m， 巷道顶板岩石 主要是 以砂岩及砂质 泥岩 ， 岩性 为灰黑色及灰色砂质泥岩及砂岩为主 ， 岩性呈块状 ， 含植物化石 。巷道底板距 C 3 L 8灰岩含水层 1 0 m， 平 均厚度 4 ． 5 m， 该含水层水量 比较充沛 ， 岩层对 C 3 L 8 2 4 灰岩水具有一定的缓冲作用 。因煤层埋藏较深 ， 预计 瓦斯含量 1 5 m3 ／ t 。巷道断面直墙净宽为 4 m，净高为 3 ． 5 m， 采用锚 网喷 、 梯子梁 锚索联合 支护 ， 巷道钻 场断面直墙净 断净宽 为 4 m， 净高 为 2 ． 8 m， 每个钻场 间隔 2 0 m， 钻场深度为 4 m， 采用锚网喷支护。 2 采取水力冲孔和带压封孑 L 联合技术的必要 性 在未采取水力冲孔前 ， 当钻孑 L 施工完毕后 ， 通过 用清水冲洗干净钻孔煤岩尘后， 就进行联孑 L 带抽， 钻 孔带抽初期 ， 由于煤体段钻孔空间变形较小， 煤体内 大量瓦斯在抽放负压以及煤体 自身瓦斯压力的作用 下 ， 大量解 吸后的瓦斯不断涌人钻孔空间 内， 在其他 条件达到一定要求时，钻孔能够保证在短时间内有 一 个较高 的带抽浓度 ， 但是 ， 随着钻孑 L 带抽时间的延 长，煤体段钻孔空间由于受到地应力及钻孑 L 径向压 力 的作用 ， 钻孔空间不断受压变形 ， 空问变小 ， 同时 煤体的透气性不断降低 ，造成煤体内瓦斯不能及 时 排放到带抽钻孔 内，又因抽放钻孔采用 的主要封孔 方式是编织袋卷缠聚氨酯药液法 ， 该方法封孔 时 ， 药 液在孔外混合后就开始起反应 、 膨胀并迅速固化 ， 送 到孑 L 内后只能充填抽放管 与孔 壁之间的环形空 间 ， 与孑 L 壁成面接触 ， 没有足够 的动力压入 ， 不能使药液 进入孔壁的裂隙圈中。钻场变形后造成瓦斯抽放钻 孑 L 处于裂隙圈内， 导致钻孑 L 封孑 L 段漏气 ， 在钻孔带抽 后期空气进入钻孔及抽放管路 ，缩短 了煤层瓦斯抽 放周期 ， 因此 ， 这些 因素造成瓦斯抽放效果较差。 水力冲孑 L 技术就是依靠高压水 的冲击 能力 ， 造 成瓦斯抽放钻孔见煤段煤体的破碎，逐渐形成一个 大尺寸的水力掏槽孔。 与此同时， 孔道周围煤体向孔 道方向发生大幅度的移动，造成煤体的膨胀变形和 顶底板间的相 向位移 ，引起在孔道影响范围内地应 力降低 、 煤层得 到充分卸压 、 裂 隙增加 ， 使煤层透气 煤矿 现代化 2 0 1 4 年第4 期 总第1 2 1 期 新矸石 山自燃预控技术 陶春玉 山西阳泉盂县玉泉煤业有限公司，山西 盂县 0 4 5 l O O 摘要根据经济性、 环境友好性、 工艺科学性原则 ， 提 出了以预防为主、 治理为辅的综合性的新矸石 山自燃预控技术方案，形成 了分层碾压覆盖技术、 自然发火动态监测技术和矸石山生态环境还原技 术。新矸石山 自燃预控技术产生了巨大的经济效益 、 社会效益和环境效益。 关键词矸石 山； 自燃 ； 预控技 术； 效益 中图分类号 T D 7 5 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 4 0 4 0 0 2 6 0 3 1 概况 2 新矸 石 山 自燃预控 玉泉煤业位 于山西省盂县县城南 8 k m处 观沟 村南部 ， 井 田面积 6 ． 5 8 1 8 k m ， 批准开采 81 5号煤 层 ，批采 标高 为 9 5 9 ． 8 7～7 8 9 ． 8 7 m，生 产规 模 1 ． 2 Md a 。井 田内含煤地层主要为太原组 ， 太原组含煤 6 层 ， 即 8 、 9 、 1 1 、 1 2 、 1 3和 1 5号。其 中 1 5号煤层井 田 内层位稳定 ，全区可采 ， 8 、 9号煤层井 田内大部被剥 蚀 ， 分布区厚度均达可采。其余煤层均不可采 ， 太原 组地层平均总厚 1 2 2 ． 6 m， 煤层平均总厚 1 3 ． 2 9 m， 含 煤系数 1 0 ． 8 ％，其中8 、 9 、 1 5 号煤层平均总厚 1 2 ． 3 5 m， 可采含煤系数 1 0 ． 1 ％。玉泉煤业年排矸量为 1 ． 2 1 0 5 t ， 对原矸石山进行测定 ， 结果表 明原矸石 山已经 不能满足生产要求 ， 需要另建一座新矸石山。 新矸石 山位于原矸石山南侧 ， 距离工业广场 2 k in。 玉泉煤业原矸石山 占据大量土地面积 ，破坏生 态环境 ， 污染周 围土壤和地下水 ， 煤矸石 中的可燃物 燃烧产生大量有毒有害气体，严重威胁周围人员的 身体健康。 因此， 实施新矸石山自燃预控技术具有重 要的现实意义。 结合 玉泉煤业 预算 和实地规 划 ，在年排 矸 为 1 ． 2 X 1 0 5 t ／ a的情况下 ，通过大量的文献调研及实验 室研究工作， 首先将传统的自然倾倒堆积方式改变成 分层碾压覆盖倾倒矸石方式，使排矸面保持一定高 度 ， 然后在矸石层表面实施黄土覆盖碾压工艺 ； 然后 ， 建立新矸石山 自然发火动态监测系统 ， 对新矸石山 自 然发火危险 l生进行动态监测 ； 最后 ， 对矸石山边坡进 行黄土覆盖 、 种植植被 ， 逐步实现生态环境 的平衡 。 2 ． 1 分 层碾 压 覆盖 分层碾压覆盖工艺路线 从下到上分层排矸 ， 分 层碾压 ， 边角夯实 ， 覆盖黄土 ， 边坡设置挡矸坝 ， 挡矸 坝为阶梯布置 ， 布置排水沟。 分层碾压覆盖技术原理 通过分层碾压 、 矸石表 面覆盖黄土减少矸石堆的孔 隙率与渗透率 ，使空气 不易进入矸石的内部 ，减少矸石 山中可燃物与氧气 接触的机率， 降低矸石山发生自燃的可能性。 分层碾压覆盖技术具体施工方法如下 1 用推 土机将 黄土碾压成厚度 1 0 e m左右 的 南翼第一辅助 回风巷 、j水平北大巷等其他抽放地 区进行实验 ， 并取得理想的抽放效果。 4 结 论和 建议 1 水力 冲孔技术使煤体得到局部卸压 ， 煤层 中 的裂隙增大 ， 煤层透气性增强 ， 有利于提高煤层 瓦斯 抽放效果 。 2 水力 冲孔后 ， 再对钻孔采取带压封孑 L 技术 ， 钻孔带抽效果更 比以往的封孑 L 方式更好 。 3 采用水力冲孔 和带压封孑 L 联合技术后 ， 钻孔 能够保持一个长期和稳定的抽采效果。 4 在突出危险区， 对穿层钻孔进行水力冲孑 L 时， 要防止大量的煤和瓦斯突然大量喷出， 必须采取 防喷孔安全技术措施。 2 6 参考 文献 【 1 ] 王树鹤 ． 煤 与 瓦斯 突 出规定读 本 [ M 】 ．煤 炭工业 出版社 ， 2 00 9． 9． 【 2 1刘明举， 孔留安， 郝富昌， 等． 水力冲孔技术在严重突出煤 层中的应用l J 1 ． 煤炭学报 ， 2 0 0 5 ， 3 0 4 4 5 1 - 4 5 4 ． [ 3 ]孔留安 ， 郝富昌， 刘明举， 等． 水力冲孔快速掘进技术[ J J ． 煤矿安 全 ， 2 0 0 5 ， 3 6 t 2 6 4 6 6 ． 【 4 ]焦作矿务局科研所． 水力冲孔应力条件及参数分析[ J ] ． 煤 矿 安 全 ， l 9 7 9， 1 0 6 5 1 0 ． 作者简介 华敬涛 1 9 8 5年 一 ， 男， 河南宁陵县 ， 硕士 ， 2 0 1 1年毕业 于河南理工大学安全科学与工程学院，现从事煤矿抽放防突 工作 。 收稿 曰期 2 0 1 4 6 2 4