基于卸压开采的下向穿层钻孔抽采瓦斯技术.pdf

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第2 2卷 第1期 2 0 1 4年2月 安 徽建筑工业学院学报( 自 然 科 学 版 ) J o u r n a l o f A n h u i I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t u r e &I n d u s t r y V o l . 2 2N o . 1 F e b. 2 0 1 4 收稿日期2 0 1 4-0 1-2 0 基金项目 国家自然科学基金(4 1 1 7 2 1 4 7) ; 安徽省科技攻关项目( 1 2 0 1 0 4 0 2 1 1 0) 作者简介 何 勇(1 9 6 7-) , 男, 高级工程师, 主要研究方向为矿井瓦斯治理。 基于卸压开采的下向穿层钻孔抽采瓦斯技术 何 勇1, 肖峻峰 2 (1.淮南矿业( 集团) 有限责任公司新庄孜煤矿, 安徽 淮南 2 3 2 0 7 2;2.安徽建筑大学安全工程系, 安徽 合肥 2 3 0 0 2 2) 摘 要 为了实现下伏被保护层的卸压瓦斯抽采最大化, 本文提出了保护层开采采用“Y” 型通风沿空留巷技 术, 同时配合下向穿层钻孔的立体式抽采瓦斯技术, 优化确定了下向钻孔的技术参数、 施工时间、 粉尘防治等 工艺难题。工程实践表明, 下向穿层钻孔单孔抽采瓦斯纯量可达0. 2m 3/ m i n, 最大约0. 4 5m 3/ m i n, 浓度高达 6 0~9 0%, 高效稳定时间约2 0~3 0 d, 可实现卸压瓦斯的抽采最大化。 关键词 卸压开采; 瓦斯; 下向穿层钻孔; 施工工艺; 治理效果 中图分类号T D 7 1 2 文献标识码 A 文章编号1 0 0 6-4 5 4 0( 2 0 1 4)0 1-0 7 3-0 3 T e c h n i q u e o f g a s d r a i n a g e w i t h p r e s s u r e r e l i e f b y d o w n w a r d c r o s s i n g b o r e h o l e s HE Y o n g 1, X I AO J u n- f e n g 2 (1. X i n z h u a n g z i M i n e,H u a i n a n M i n i n g(G r o u p)C o .,L t d .,H u a i n a n,A n h u i,2 3 2 0 7 2; 2. D e p . O f S a f e t y E n g i n e e r i n g A n h u i J i a n h u U n i v e r s i t y,H e f e i A n h u i ,2 3 0 0 2 2) A b s t r a c tT o m a x i m i z e t h e a m o u n t o f g a s e x t r a c t i o n w i t h p r e s s u r e r e l i e f f r o m t h e u n d e r l y i n g p r o t e c t e d s e a m,t h e t e c h n o l o g y o f d o w n w a r d c r o s s i n g b o r e h o l e s w i t h g o b-s i d e e n t r y r e t a i n i n g a n d Y-t y p e v e n t i l a t i o n m e t h o d d u r i n g p r o t e c t i v e s e a m m i n i n g w a s p r o p o s e d i n t h i s p a p e r . T e c h n i c a l p a r a m e t e r d e- t e r m i n a t i o n o f d o w n w a r d d r i l l i n g h o l e s w a s o p t i m i z e d a n d t h e p r o b l e m s a b o u t d r i l l i n g t i m e a n d d u s t c o n t r o l w e r e s o l v e d . T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e a v e r a g e g a s d r a i n a g e v o l u m e b y s i n g l e b o r e h o l e w a s 0. 2 m 3/ m i n a n d t h e m a x i m u m v a l u e w a s a b o u t 0. 4 5 m 3/ m i n.T h e g a s c o n c e n t r a t i o n r e- m a i n e d a t 6 0%~9 0%. M o r e o v e r,t h e e f f e c t i v e p e r i o d c a n m a i n t a i n 2 0~3 0d a y s . I n c o n c l u s i o n,t h e t e c h n i q u e o f d o w n w a r d c r o s s i n g b o r e h o l e s c a n m a x i m i z e g a s d r a i n a g e w i t h p r e s s u r e r e l i e f . K e y w o r d sm i n i n g w i t h p r e s s u r e r e l i e f;g a s;d o w n w a r d c r o s s i n g b o r e h o l e;d r i l l i n g s e q u e n c e a n d p r o c e s s;c o n t r o l e f f e c t i v e n e s s 开采保护层是迄今防治煤与瓦斯突出最有 效、 最经济的根本措施。对于开采上保护层, 必须 对被保护层进行卸压抽采, 才能使被保护层得到 充分卸压[ 1-3]。以前卸压抽采是在被保护层的底 板专门施工专用抽采巷道, 在巷道内施工穿层钻 孔抽采瓦斯, 以达到充分卸压的目的, 该方法必须 投入大量的人力、 物力, 巷道施工工期长, 工艺繁 琐, 影响到矿井生产正常接替; 而对于没有或不具 备施工底板巷的被保护层, 就必须在保护层巷道 内施工下向钻孔进行抽采, 下向钻孔采用泥浆排 渣法, 由于被保护层瓦斯压力大, 容易发生顶钻、 夹钻和喷孔, 致使孔内煤岩粉难以排出, 造成排渣 困难, 经常发生埋钻现象, 钻孔成孔率低, 钻进速 度缓慢, 制约了瓦斯抽采工程的进度, 且泥浆排渣 造成巷道环境差[ 4-6]。并且在抽采过程中, 由于 孔内煤岩粉堵塞, 造成瓦斯抽采通道不顺畅, 抽采 浓度较低, 抽采量衰减快, 因此抽采效果差。 在5 2 2 1 0工作面开采过程中, 为了使B8下被 保护层充分卸压, 采用了5 2 2 1 0风巷沿空留巷段 施工下向穿层钻孔技术[ 7], 实现了卸压瓦斯抽采 最大化。 1 试验地点概况 新庄孜煤矿5 2 2 1 0工作面标高-5 5 6 m~- 6 1 2 m, 走向长6 0 0 m, 倾斜长1 3 0 m, 倾角为2 2~ 2 6 o, B1 0煤层为结构复杂的薄煤层, 煤厚结构为0. 2~0. 4(0. 2~0. 7)0. 6~1. 2 m, 为非突出煤层, 预 计原始瓦斯含量7 m 3/ t。平均厚度0. 8 m, 与上覆 B1 1 b煤层间距2 8 m, 与下伏 B8煤层间距4 0 m,B1 1 b 煤和B 8煤均为强突煤层。预计5 2 2 1 0工作面绝 对瓦斯涌出量为5 8. 3 m 3/ m i n。 5 2 2 1 0工作面采用二进一回沿空留巷Y型通 风方式。在瓦斯治理措施上, 对上覆B 1 1 b煤层的 卸压瓦斯采用倾向穿层钻孔拦截, 对B8煤层采取 下向钻孔抽采卸瓦斯措施, 形成了立体式抽采 模式。 2 下向钻孔施工技术 2. 1 施工技术参数的确定 钻孔在沿空留巷内并滞后于工作面2 0~3 0 m 施工。工作面回采后, 由于煤层顶底板发后变形 产生裂隙, 煤岩层含水量大大减少, 钻孔施工时, 孔内积水量有效减少。 为最大限度地抽采B 8煤层的卸压瓦斯, 在 5 2 2 1 0留巷段每隔1 5 m 布置一组下向穿层钻孔, 每组3个孔, 呈条带状布置, 孔深均为穿过B 8煤 层并进入底板1 m, 孔底间距为1 5 m, 呈条带状布 置, 每组钻孔长度1 6 0 m, 下向穿层钻孔与其它钻 孔共同覆盖B 8煤层被保护范围, 联合抽采卸压瓦 斯, 钻孔参数见表1。下向穿层钻孔布置示意图 详见图1。 表1 5 2 2 1 0风巷下向穿层钻孔施工参数表 孔号方位仰角预计孔深孔底位置 1 6 0-6 2 6 6 2 6 0-7 0 5 6 3 6 0-8 2 4 9 穿过B 8煤层并 进入底板1 m (a)平面图 (b)剖面图 图1 下向钻孔布置示意图 2. 2 施工设备的选型 5 2 2 1 0工作面开采后,B 8受采动影响煤岩体 发生变化, 裂隙变大, 坚固性大大降低, 煤岩体变 软, 加上常用的风压较小, 造成孔内排水、 排渣困 难, 施工过程中垮孔严重, 容易埋钻、 夹钻甚至丢 失钻头。本次施工选用KQ J 1 2 0潜孔钻机, 专门 安装一台9~1 3 M p a移动式空气压缩机, 封孔泵 为Z B L-5 0/4 0-7. 5 KW 漏斗式注浆泵。潜孔 钻机是用高压风为动力, 利用钻头的振动将岩石 磨碎, 并通过压风将粉尘排出钻孔, 解决了孔内排 渣和埋钻的难题, 通过使用潜孔钻机配备大功率 空气压缩机的施工工艺, 每小班钻进由原来的 1 5 m提高到1 0 0 m, 钻进速度提高了6倍多, 钻孔 量的增加大幅度提高了B 8煤层卸压瓦斯抽采 量, 并杜绝了工作面瓦斯超限的现象。 2. 3 施工工艺 选用KQ J 1 2 0潜孔钻机, 首先使用1 5 3 mm大 直径复合片钻头自沿空留巷煤层底板向下形成扩 孔段1 0 m, 在扩孔段中下内套管完成护孔, 内套管 的孔径1 0 2 mm、 内套管深度1 0 m, 在内套管的外 壁与岩石之间注浆形成封孔段, 然后再换9 0 mm 47 安徽建筑工业学院学报( 自然科学版) 第2 2卷 的钻头在内套管中进一步向下钻进直至孔底。 利用移动空气压缩机, 增加风压, 使用高压风 施工和排渣, 提高钻进速度。 封孔段要求密实不漏气, 封孔段采用高压封 孔泵注浆封孔。为了使内套管不受损且便与合 茬, 内套管的上端管口应适当高于下向穿层钻孔 的孔口( 具体见图2 、 图 3) 。 图2 沿空留巷下向穿层钻孔施工工艺图 图3 沿空留巷下向穿层钻孔孔口平面图 2. 4 粉尘防治 配备空气压缩机施工下向钻孔, 加快了钻孔 施工进度, 但是现场回风侧煤尘飞扬, 粉尘浓度 高, 作业环境恶劣, 使用孔口环形喷雾和多道全断 面净化喷雾降尘效果较差, 给生产组织带来极大 的不便, 严重危害了人身健康, 并有可能引起煤尘 爆炸, 给矿井安全带来严重威胁。为消除安全隐 患, 发明 并 使 用 了 孔 内 快 速 降 尘 器, 首 先 采 用 Φ 1 5 3 mm 钻头开孔深度1 m 以上, 然后将孔内快 速除尘器放入孔内并固定牢固, 钻机正常进尺前, 通过球阀配比好风、 水流量, 以除尘辅助管末端除 尘孔喷出雾状喷雾为准, 适当控制钻进速度, 以钻 孔返出的煤屑手捏成团为宜, 如钻屑量大, 应适当 加大水量。 通过孔内快速降尘器的使用, 钻孔内的高浓 粉尘在 钻 孔 内 部 得 到 降 低 和 消 除, 经 过 测 尘, 5 2 2 1 0后风巷正常粉尘浓度为4. 3 m g /m 3, 不使用 除尘装置施工钻孔时, 回风侧粉尘浓度为9 4m g/ m 3, 使用孔内快速降尘器后再次测定回风侧粉尘 浓度为1 0. 3m g/m 3, 孔内除尘率高达9 3. 3% , 有 效地降低和减少粉尘的危害, 大大改善了现场作 业环境, 提高了钻孔施工效率, 消除了重大安全 隐患。 3 抽采效果 由于B8煤层距B1 0煤层层间距4 0m, 风巷下 向穿层钻孔是在采后留巷中施工, 基本上抽采 B8 采动卸压瓦斯。图4显示了典型的下向穿层钻孔 抽采瓦斯情况。从图4可以看出, 单孔抽采瓦斯 量基本在0. 2m 3/ m i n, 最大约0. 4 5m 3/ m i n, 钻 孔稳定的高浓度瓦斯抽采时间约2 0~3 0 d, 抽采 的煤层气浓度高达6 0~9 0%。工作面回采1 0 0m 后, 底部远程B8卸压煤层的抽采煤层气部量6~ 8m 3/ m i n。 (a) 瓦斯纯量 (b) 瓦斯浓度 图4 下向穿层钻孔单孔抽采瓦斯量情况 5 2 2 1 0风巷施工下向钻孔抽采卸压 B8煤层 瓦斯, 钻孔控制范围内煤层瓦斯得到充分抽采卸 压, 5 2 2 1 0工作面对应B8煤层钻孔控制卸压区域 的瓦斯抽采率达到5 1. 8 4%, 残余瓦斯含量降到 了6. 7 m 3/ t。 4 主要结论 ( 1)5 2 2 1 0工作面工程实践表明, 下向穿层 钻孔单孔抽采瓦斯量基本在0. 2m 3/ m i n, 最大约 0. 4 5m 3/ m i n, 钻孔稳定的高浓度瓦斯抽采时间 约2 0~3 0 d, 抽采的煤层气浓度高( 6 0~9 0%) , 瓦 ( 下转第9 7页) 57 第1期 何 勇, 等 基于卸压开采的下向穿层钻孔抽采瓦斯技术 化的认知价值观念和行为原则逐步融合发展。因 此, 伊斯兰教的融合过程是相对较为平缓, 这种方 式在更大程度上是对汉文化兼收并蓄的体现。 4. 4 自我保护性 伊斯兰教奉行的塔基亚原则指出 “ 穆斯林 在受到迫害时, 可以隐瞒内心的信仰, 暂时不履 行宗教功课, 否认宗教身份, 以达到保护自己的 目的。 ” 逊尼、 什叶和哈瓦利吉三大教派, 都不同 程度地奉行过这一原则, 在中国的穆斯林也是 同样如 此。在 长 期 的 融 入 中 国 传 统 文 化 过 程 中, 由于民族信仰、 文化差异以及统治压力等原 因造成的在某一特定时期的回汉矛盾问题, 如 在清朝同治年间的“ 陕甘回族起义” 就是由此产 生。在这一过程中, 由于汉人占据了胜利的一 方, 遗留下来的部分回族群众为了保全民族, 选 择了接受汉族政策。这种本民族的自我保护性 在特定的历史条件下实属无奈之举, 但从宏观 的角度来说, 这一过程中回汉民族间文化碰撞、 接触则更为广泛与深远。 5 小 结 回族伊斯兰文化在传入发展的过程中并非是 一帆风顺, 但在历史的长河中, 其与中国传统文化 良好的结合促进了伊斯兰文化中国化的形成, 伊 斯兰建筑在其中的变迁也同样如此。作为文化的 载体, 建筑承担了一个民族的史料性、 民俗性与独 特性, 研究伊斯兰建筑可以深层次地了解回汉社 会的融合变迁, 剖析宗教适应社会的发展模式。 以建筑学来说, 是以小见大的反映社会本质; 以社 会发展来说, 这种研究不仅对中国回族社会的发 展有利, 也可为其他穆斯林社会的发展提供借鉴。 注 释 ①详见李光缙 重修清净寺石碑记 黄秋润 泉州伊斯兰 教清净 . ②满拉是中国伊斯兰教清真寺经堂学校学生的称谓。旧 译“ 满喇” 、 “ 曼拉” 参考文献 1 李兴华. 泉州伊斯兰教研究[ J]. 回族研究,2 0 1 0,0 26 7 -8 3. 2 张志诚. 松江清真寺[J].中国穆斯林, 1 9 8 8(0 5) 3 1. 3 王 育 林.现 代 建 筑 运 动 的 地 域 性 拓 展 [ D].天 津 大 学,2 0 0 5. 4 邱玉兰. 中国伊斯兰教建筑[M].北京 中国建筑工业 出版社,1 9 9 2. 5 刘成有.论伊斯兰文化的基本特征[ J].云南社会科 学,2 0 0 2, ( 0 1) 5 3-5 8. 6 张勇.宁夏伊斯兰教建筑装饰的艺术特征[ D].中央美 术学院,2 0 0 9. 7 丁宏.从回族的文化认同看伊斯兰教与中国社会相适 应问题[J].西北民族研究, 2 0 0 5, (0 2) 6 9-7 7. ( 上接第7 5页) 斯抽采率5 1. 8 4%, 可实现下伏被保护层的卸压 瓦斯的抽采最大化。 ( 2)针对松软煤岩层大倾角下向钻孔施工, 钻孔应在沿空留巷内滞后工作面2 0~3 0 m施工, 并采取合理的施工工艺, 完全能解决长钻孔、 大孔 径的施工难题。 ( 3)保护层开采采用“Y” 型通风沿空留巷技 术, 同时配合下向穿层钻孔立体式抽采瓦斯, 能有 效实现瓦斯治理规范化、 瓦斯抽采最大化。 参考文献 1 程远平, 俞启香. 中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展 [ J].采矿与安全工程学报,2 0 0 7,2 4(4) 3 8 3 -3 9 0 . 2 袁亮.远松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[ M]. 北京煤炭工业出版社,2 0 0 8. 3 付建华, 程远平. 中国煤矿煤与瓦斯突出现状及防治对 策[J]. 采矿与安全工程学报, 2 0 0 7,2 4(3) 2 5 3 -2 5 9 . 4 程远平, 付建华, 俞启香. 中国煤矿瓦斯抽采技术的发 展[J].采矿与安全工程学报, 2 0 0 9,2 6(2) 1 2 7 -1 3 9 . 5 司春风.下向钻孔抽采被保护层煤巷条带瓦斯的工艺 技术研究[J].矿业安全与环保,2 0 1 3,4 0( 3) 6 5 -6 9 . 6 孟贤正,李成成,张永将, 等.上保护层开采卸压时空 效应及被保护层抽采钻孔优化研究[J].矿业安全与 环保,2 0 1 3,4 0( 1) 2 6-3 1. 7 袁亮.留巷钻孔法煤与瓦斯共采技术[ J].煤炭学报, 2 0 0 8,3 3(8) 8 9 8-9 0 2. 79 第1期 康 琪, 等 中国伊斯兰教建筑地域化进程演进关系研究
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