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1、2 0 1 4年 1 O月 第 4 3卷第 5期 中国矿 山工 程 Ch i n a Mi n e En g i n e e r i n g 47 穿层水平抽放技术在五虎山矿的应用 Ap p l i c a t i o n o f g a s e mi s s i o n t e c h n i q u e wi t h l e v e l h o l e c r o s s i n g c o a l s e a m i n W u h u s h a n mi n e 李 晨 周连春 李晓旭 神 华 乌 海 能 源 有 限 责 任 公 司 老 石 旦 煤 矿 内 蒙 古乌 海0 1 6 0
2、 3 3 摘 要 分析 了五虎 山矿 1 0 煤层 对 O 1 1 2 0 3采煤 工作 面回采期 间的不利影响 阐述 了穿层 水平钻孔抽放技 术 的工作 原理及其 施 工工艺和抽放设 备 该技 术成功地对 0 1 1 2 0 3工作 面上覆 1 0 煤层的 瓦斯进行 了有 效地 治理 保证 了矿 井的安全生产 关键词 瓦斯 穿层 水平抽放技 术 应 用 Abs t r ac t On t he b a s i s o f a n a l y z i n g t h e h a r mf u l e f f e c t s o f 1 0 c o a l s e a m du r i ng t
3、 h e s t o p i n g o f 01 1 2 0 3 wo r k i n g f a c e i n Wuh u s h a n mi ne t he wo r k i ng pr i n c i p l e c o n s t r u c t i o n t e c h no l o g y a n d t he dr a i n a g e e q ui p me nt s o f g a s e mi s s i o n t e c h ni q ue wi t h l e v e l h o l e c r o s s i n g c o a l s e a m we
4、r e e x p o un d e d Thi s t e c h ni qu e s u c c e s s f u l l y a nd e f f e c t i v e l y c o n t r o l l e d t he g a s o f 1 0 c o a l s e a m up pe r O1 1 2 0 3 wo r k i n g f a c e a nd i t e n s ur e d t h e s a f e t y pr o d u c t i o n Ke y wor ds g a s ga s e mi s s i o n t e c h n i q
5、ue wi t h l e v e l ho l e c r o s s i n g c o a l s e a m a p pl i c a t i o n 艾章编号 1 6 7 2 6 0 9 X 2 0 1 4 0 5 0 0 4 7 0 2 霭 獒号 T D 7 1 2 文献标志码 B s e 舞目g舞 薯寡 鼍曹 自尊 收稿 日期 2 o 1 3 1 0 1 7 悔 B 一 1j 2 1 作者简介 李 一 畏 1 9 7 2 一 男 内蒙古乌兰察 布盟人0高级工程 师 现任神华鸟海 能源有限 费任一 公司老石旦煤矿矿长 从事 一通 髓 莒理 鬣作 1 前言 矿井 瓦 斯是 影 响煤
6、矿安 全 生 产 的主要 因 素之 一 瓦 斯 问题 已成 为制 约矿 井 生产 能 力 影 响矿 井 安 全 和经 济 效益的重大问题 随着我国矿井开采深度的不 断延伸 煤层 的瓦斯含量 瓦斯压力不断增加 瓦斯治理的难度越 来越大 一些高突矿井采掘工作 面也经常发生瓦斯超 限 现象 威胁 到矿井的安全生产 工作面 回采时的瓦斯来 源一是开采层涌出的瓦斯 二是采空区遗煤 邻近层及 围 岩 涌 出的瓦斯 五虎山煤矿隶属神华乌海能源公 司 矿井通风方式 采用多风井进风 分区抽出式通风 该矿各煤层的煤尘爆 炸指数为 2 5 5 7 2 8 0 7 具有爆炸性 煤层 自燃发 火倾 向性 3级 为不 易
7、 自燃煤 层 该矿 2 0 1 2年 矿井 瓦 斯 等级 鉴定 结果 为 瓦斯 绝对 涌 出量 为 8 7 4 3 m ra i n 相 对 瓦斯涌出量 3 8 2 m t 属于高瓦斯矿井 为此 该矿积极 探索 研究 瓦斯抽放新技术和新工艺 最终采用穿层水平 瓦斯抽放钻孔新技术 新工艺 大大地延长 了瓦斯预抽 期 有效地缓解 了矿井抽放 采掘失调的问题 提高 了矿 井的瓦斯抽放率 确保了安全生产 2 0 1 1 2 0 3采煤工作面概况 O 1 1 2 o 3工作面位于五虎山矿 1 2 煤层盘 区北翼 南 为 1 2 煤层 轨 道 上 山 北 为 五 虎 山井 田边 界 西 面 为 O 1 1
8、 2 0 1 采空区 东面为露天正断层 上部为 0 1 1 0 0 3未开 采工 作 面 O 1 1 2 0 3工 作 面 倾 向 长 度 1 7 7 m 走 向长 度 1 5 2 5 m 煤层厚度 4 2 7 m 采高4 m 煤炭开采储量 1 8 7万 t 煤 层 瓦斯 含 量为 6 7 m t 4 8 中国矿 山工程 2 0 1 4 年 第 4 3卷 0 1 1 2 0 3综 采工 作面计划 2 0 1 4年 4月开 始 回 采 O 1 1 2 0 3工作面回采前采用本煤层倾 向钻孔预抽 瓦斯的方式进行了瓦斯抽放 根据预抽钻孔施工时 间 可将预抽钻孔划分为两部分 具体情况如下 1 工作面
9、0 1 1 5 0 m区域 该 区域瓦斯抽放 钻孔 于 2 0 0 9年 4月 1 4日开 始施工 于 9月 2 9日施 工瓦斯抽放孔 1 5 3个 全部接管抽放 每个钻孔深度 为 1 6 0 m 累计施 工钻 孔 长度 2 3 6 8 0 m 每 个 钻 场布 置 3个钻 孔 呈扇形 布 置 开 孔 直径 1 1 4 m m 开孔 深 度 6 m 终孔直径 9 4 ram 倾 角以平行煤层顶底板 为 准 一般 为 5 8 2 工作面 1 1 5 0 m至切 眼区域 该 区域 瓦斯 抽放钻孔于 2 0 1 2年 7月 4日开始施工 2 0 1 2年 8月 2 3日施工瓦斯抽放孔 6 4个 全部
10、接管抽放 每个钻 孔 深 度 为 1 4 1 m 累 计 9 2 3 0 m 钻 孔 开 孑 L 直 径 1 1 4 ra m 开孔深度 8 m 终孔直径 9 4 m m 倾角 以平行 煤 层顶 底板 为准 一般 为 5 8 由于五虎 山煤矿 是典 型煤层 群赋 存 的矿 井 O 1 1 2 0 3工作 面上覆 的 0 1 1 0 0 3工作 面 尚未 开采 且 1 2 煤层距 1 O 煤层 间距为 2 3 6 m O 1 1 2 0 3工作 面回 采时必然会破坏煤岩层原有 的应力平衡状态 由于 在工作面回采过程中顶板垮落破坏了煤层的应力平 衡 煤层会出现卸压现象 大量的卸压瓦斯会从邻近 层涌
11、入 回采工作面及采空 区 因此必须提前谋划对 邻近 的 1 0 煤层进行 预抽 才能做到 防患 于未然 但使用传统 的穿层钻孔进行抽放 不仅钻孔工程量 比较大 搬移钻机比较频繁 而且钻孔穿过煤层时见 煤段 比较短 有效抽放长度短 抽放效率 比较低 为 此本矿积极探索新的瓦斯抽放方法和工艺 最后采 用穿层水平瓦斯抽放钻孔对邻近的 1 0 煤层进行区 域性预抽 取得较好的瓦斯治理效果 3 穿层水平钻孔的抽放工艺及工作原理 针对回采工作面极有可能邻近层瓦斯涌人采空 区威胁工作面回采安全的难题 本矿积极探索 瓦斯 抽放新工艺 新方法 除了采用倾向普通钻孔进行本 煤层区域性预抽煤层瓦斯外 还采取 了在
12、0 1 1 2 0 3工 作面的运输顺槽创造性地实施 了穿层水平抽放技 术 有效地对邻近的 1 0 煤层的进行 了区域性预抽 3 1 穿层 水平 抽放 技术 的工作 原理 穿层水平抽放钻孔是在 0 l 1 2 0 3运输顺槽 利用 定向钻机穿过煤层顶板施工到 1 O 煤层 然后 再在 1 0 煤层中沿水平方向向前钻进的瓦斯抽放钻孔 主 要作用是利用现有的0 1 1 2 0 3运输巷布置钻场 并施工 瓦斯抽放钻孔对尚未开采的 1 0 煤层进行区域性预抽 提前将未开采的煤层的瓦斯含量降到抽采达标要求以 下 确保 0 1 1 2 0 3工作面回采期间的安全生产 该技术 采用定向钻进工艺 钻孑 L 进
13、入 1 O 煤层后呈现出水平钻 进的方式 与传统的穿层瓦斯抽放钻孔相 比具有抽放 有效孔深 抽放效率高 有效抽放时间长等特点 3 2 穿层 水平设 备及 工艺 流程 1 0 1 1 2 0 3工作面穿层水平抽放钻孔 的设计及 施工布置方式 如 图 1所示为 O 1 1 2 0 3工作 面的穿 层水平抽放钻孔的设计及布置方式 但必须注意穿 层水平钻孔一定从矿山实际出发 a剖面 图 输巷 b 半 回 图 图 1 0 1 1 2 0 3运输顺槽 向 1 0 煤层施工 穿层水平钻孔布置图 在 O 1 1 2 0 3运 输 顺 槽 1 1 3 5 7 3 5 m 分 别 布 置 钻 场 施工穿 1 0
14、煤层的水平瓦斯抽放钻孔 布 置范 围 以 0 1 1 2 0 3回风顺槽与运输顺槽界限 另在 回风顺槽 左西侧设计两个钻孔 在运输东侧设计一个钻孔 其 中钻孔平均 问距设计为 l O re 钻孔开 口呈 扇形布 置 整体平行布置 开孔方位 3 5 5 3 1 7 之间 倾角 4 8 之间 平面布置主孔 1 1 个 9个分支孔 剖面 每个主孔 和分支孔 内又布 置分支孔 施工 到 l 0 煤 层 钻孔最大孔深 4 4 0 m 最小孔深 3 6 3 m 设计最大 穿岩长度 2 3 0 m 最小穿岩长度 1 4 0 m O 1 1 2 0 3运输 顺槽 穿 层水 平 钻 孔 工 程 量 为 9 5
15、8 5 m 其 中岩 孔 1 9 8 0 m 每个钻场的钻孔必须严格按设计要 求施工 打到 1 0 煤层内 以便于预抽 1 0 煤层 的瓦斯 将施 工完毕的瓦斯抽放钻孔及时联 网抽放 将瓦斯抽放 钻孔一组布置 5个孔并于集管器相连接 集管器又 与 O 1 1 2 0 3运输顺槽 的 b 3 5 0 m m抽 放管连接 利用 下转 第 7 1页 第5 期 周积果等 似牛顿浆体几个摩阻系数计算公式的比较 7 1 和刘德忠公 式 与科里 布鲁 克公 式 在雷 诺数 R e 1 0 1 0 1 0 1 0 和相对粗糙度 1 0 1 0 上 5 0 1 0一 2 5 1 0一 2 0 1 0一 1 5
16、1 0一 1 0 1 0 7 5 1 0 和 5 0 1 0 的前提条件下进 行的对比分析 笔者认 为在浆体管道输送工程设计 中计算似牛顿浆体紊流输送 的摩阻系数 时 在满足 上述雷诺数及相对粗糙度范 围内 建议谨慎采用阿 里特苏里公式 可以采用哈兰德公式和刘德忠公式 笔者特别推荐采 用与科里 布鲁 克公式计算 出的 A 值相比正偏差多 负偏差少 且偏差小 具有较好安 全可靠性的刘德忠公式 参考文献 1 李玉柱 贺五 洲 工 程流 体力 学 上册 M 北京 清 华 大学出版社 2 0 0 6 1 7 8 1 8 2 2 李玉 柱 苑 明顺 流 体力 学 M 北京 高等教 育 出版 社 2 0 0 8 1 4 4 1 4 5 3 G B 5 0 8 6 3 2 0 1 3 尾矿设施设计规 范 S 上接 第 4 8页 2 B E C 6 7的水环式真空泵进行抽放 达到降低 1 0 煤 层 瓦斯 含量 的 目的 2 抽放工艺流程 五虎 山矿利用专用于打定 向长钻孔的 Z D Y 6 0 0 0 L D型定 向钻机 该钻机利用 水力排除钻孔 内的煤 岩粉 操作 比较简单 钻机 的 功率大 有导
