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鶴煤六礦提高瓦斯抽采效果優(yōu)化措施研究與應(yīng)用

文檔作者：陳長(zhǎng)春王峰竇書(shū)川文檔來(lái)源： 1．河南煤化鶴煤集團(tuán)公司 2．河南理工大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月28日
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煤礦現(xiàn)代化 2012年第3期 總第108期
1 引言
鶴煤六礦提高瓦斯抽采效果優(yōu)化措施研究與應(yīng)用
陳長(zhǎng)春 ，王峰 ，竇書(shū)川
(1．河南煤化鶴煤集團(tuán)公司，河南鶴壁458000；2．河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院。河南焦作454000)
摘要鶴煤六礦屬于單一厚煤層高瓦斯突出礦井，隨著采深的增加煤層瓦斯含量和
瓦斯壓力逐漸增加，導(dǎo)致煤層突出危險(xiǎn)性增強(qiáng)。本文通過(guò)對(duì)瓦斯含量、透氣性系數(shù)、百米鉆孔
瓦斯流量的實(shí)測(cè)以及對(duì)鶴煤六礦瓦斯抽采影響因素的分析，研究提高瓦斯抽采效果的優(yōu)化
措施，確定適合鶴煤六礦瓦斯地質(zhì)條件的瓦斯抽采技術(shù)，對(duì)條件類(lèi)似的高瓦斯礦井、突出礦
井選擇瓦斯抽采方法，改進(jìn)抽采技術(shù)，提高瓦斯抽采率具有一定的借鑒作用。
關(guān)鍵詞 高突煤層；瓦斯抽采效果；優(yōu)化措施
中圖分類(lèi)號(hào)：TD713 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—0797(2012)03—0026—03
我國(guó)煤礦多為井工開(kāi)采，瓦斯災(zāi)害十分嚴(yán)重，
瓦斯治理工作是煤礦安全生產(chǎn)中的重中之重。煤礦
瓦斯抽采是防治瓦斯涌出，消除瓦斯突出危險(xiǎn)性的
根本性措施，在瓦斯災(zāi)害防治方面起到了較好的防
突和綜合治理瓦斯的作用。但我國(guó)普遍存在瓦斯抽
采率低的問(wèn)題，因此，研究適合礦井瓦斯地質(zhì)條件
的成套技術(shù)，提高瓦斯抽采效果，成為高瓦斯突出
礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
2 礦井概況
2．1 井田概況
鶴壁六礦于1958年建井，1964年3月投產(chǎn)，設(shè)
計(jì)生產(chǎn)能力60萬(wàn)t／a，1989年進(jìn)行改擴(kuò)建，改擴(kuò)建
后設(shè)計(jì)能力120萬(wàn)t／a。2006年礦井核定生產(chǎn)能力
130萬(wàn)t／a。2010年實(shí)際完成煤炭產(chǎn)量128．8萬(wàn)t。
礦井位于鶴壁礦區(qū)南部，距鶴壁市1．5km，北與
五礦比鄰以F40斷層為界，南與八礦相鄰，井田南
北走向長(zhǎng)6．5km，東西傾斜寬2．7km，井田面積約為
18km 。截止2008年9月，六礦二 煤層地質(zhì)儲(chǔ)量尚
存8200．3萬(wàn)t。
2．2 礦井開(kāi)拓開(kāi)采以及通風(fēng)概況
礦井開(kāi)拓方式為立井多水平上下山式，一水平
(標(biāo)高一150m)已采完，二水平(標(biāo)高一300m)主要為下
山開(kāi)采，三水平(標(biāo)高一600m)正在開(kāi)拓。采煤工藝有
炮采、綜采、網(wǎng)下放頂煤。頂板采用全部垮落法管理。
礦井通風(fēng)方式為混合式，通風(fēng)方法為抽出式，
新、老副井及主井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井、小莊風(fēng)井、東風(fēng)
井為出風(fēng)井。中央風(fēng)井主要承擔(dān)一水平硐室通風(fēng)，
小莊風(fēng)井主要承擔(dān)礦井南翼通風(fēng)，東風(fēng)井主要承擔(dān)
礦井北翼、東翼通風(fēng)。
分布及危害程度，及時(shí)采取措施，保證礦井安全。
參考文獻(xiàn)
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京：科學(xué)時(shí)報(bào)．2011—2—21 B3觀察．
作者簡(jiǎn)介
范平(1962一)，男，漢族，河南平頂山人，工程
師，本科學(xué)歷，現(xiàn)任河南平寶煤業(yè)有限公司特聘工
程師，長(zhǎng)期從事采礦技術(shù)管理工作。
(收稿日期：2012—2—7)
The Application and Prospects of Dust-proof technology in M ine
FAN Ping
The First Mine in Shoushan of Henan Pingbao Company，Henan pingdingshan 467000)
Abstract：Mine dust pollution is one of disaster which affects the safety of mine，the mine dust prevention relates to the safety in produetion，
the workers’health and environmental pollution．This p印er mainly introduces the application situation and main research results about
the technology of mine dust in recent years，and researches dust—proof technology，and raise new demands to prominent soft low—permeability
coa1．
Key words：mine dust；dust—proof technology；observation；Prospects
· 26 ·
煤礦現(xiàn)代化 2012車(chē)第3期 總第108期
2．3 礦井抽采現(xiàn)狀
根據(jù)實(shí)測(cè)的抽采瓦斯參數(shù)：六礦唯一可采煤層
二1煤層透氣性系數(shù)1．43 1．99 m2／(MPaz．d，百米鉆
孔抽放量一般為0．017m3~m．rain，鉆孔流量衰減系數(shù)
為0．0192d～，為可以抽采煤層。鶴煤六礦1970年礦
井建立了地面瓦斯抽放系統(tǒng)。目前抽放系統(tǒng)敷設(shè)管路
22066m，抽放方式主要有本煤層順層鉆孔抽放、穿層
抽放、頂板裂隙帶抽放和采空區(qū)埋管抽放。地面瓦斯
泵房現(xiàn)安裝有2BEC一52型水環(huán)式真空泵2臺(tái)，帶抽
井下8個(gè)抽放地區(qū)，鉆孔總長(zhǎng)約為31．18萬(wàn)m，抽放
濃度17．45％，抽放純量16．66m3／min，月抽純量74．36
萬(wàn)m ，利用率42％左右。井下4處移動(dòng)抽放泵站(實(shí)
際運(yùn)轉(zhuǎn)泵站為214、212采區(qū)泵站，211采區(qū)泵站待
2l 15工作面回采后開(kāi)始運(yùn)行)，井下共有瓦斯抽放泵
10臺(tái)，型號(hào)及數(shù)量分別為：2BE1—303—0型3臺(tái)、
2BE1-353一l型1臺(tái)、2BEA一353型2臺(tái)、2BEC一42型
2臺(tái)、SK一60型2臺(tái)。
3 影響瓦斯抽采效果因素分析
目前，六礦隨著采深的增加，煤層瓦斯含量逐
漸增加。為保證礦井安全生產(chǎn)，煤層瓦斯預(yù)抽率需
要提高。六礦唯一可采煤層二 煤為嚴(yán)重突出煤層，
透氣性差，因而瓦斯抽采難度相應(yīng)增大。經(jīng)分析，限
制鶴煤六礦瓦斯抽采效果的主要原因除煤層透氣
性差、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等自然原因外，還有抽放時(shí)間
短、鉆孔工程量不足、封孑L質(zhì)量差、抽放系統(tǒng)不匹
配、管理不到位等技術(shù)原因。下面針對(duì)技術(shù)原因研
究提高鶴煤六礦瓦斯抽采效果的優(yōu)化措施。
4 鶴煤六礦條件的抽采瓦斯技術(shù)優(yōu)化研究
4．1 抽采鉆孔參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)
4．1．1 鉆孑L孑乙徑
根據(jù)實(shí)驗(yàn)鉆孔孔徑與抽采效果的關(guān)系，綜合分
析鉆機(jī)與鉆具性能、施工鉆孔工效、施工技術(shù)與工
藝，六礦防治瓦斯的難度等因素，采用抽放瓦斯鉆
孔直徑為75～110 mm。
4．1．2 鉆孑L終孑乙間顯巨
綜合分析煤層透氣性系數(shù)、鉆孔孔徑和抽采瓦
斯衰減衰減系數(shù)，確定穿層鉆孔終孔間距為4～5m，
順層鉆孔終孔間距為2．5—3m。
4．1．3 鉆孔長(zhǎng)度
對(duì)于穿層鉆孔而言，鉆孔長(zhǎng)度由設(shè)計(jì)的鉆孔傾
角、方位角及煤層厚度決定，但必須穿透全煤。六礦
為煤與瓦斯突礦井，防治煤與瓦斯突出是瓦斯抽采
的最重要的目的之一。從防治煤與瓦斯突出角度出
發(fā)，確定順層鉆孔的鉆孔長(zhǎng)度為：用于采面的區(qū)域
· 27 ·
防突措施鉆孔，上向孔的鉆孔長(zhǎng)度為采面斜長(zhǎng)的一
半加10m，下向孔的鉆孑L長(zhǎng)度為采面斜長(zhǎng)的一半，
保證鉆孔能夠覆蓋整個(gè)采面且能搭接10m。
4．2 抽采鉆孔施工與封孔工藝
兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)影響瓦斯抽采濃度，一是鉆孔深
度、二是鉆孔的封孔質(zhì)量。根據(jù)六礦近年來(lái)的抽采
實(shí)際情況，采用如下鉆孔抽采瓦斯封孔技術(shù)模式。
4．2．1 鉆孔開(kāi)口
開(kāi)啟鉆機(jī)開(kāi)孔時(shí)，必須保證煤孔前9m的鉆孔
成形，不得在開(kāi)孔段形成傘檐狀、臺(tái)階狀、彎曲狀鉆
孔，以保證封孔藥劑、封孔材料與孔壁緊密完全接
觸，消滅負(fù)壓抽采時(shí)可能漏入空氣的縫隙。為此，要
求開(kāi)鉆前必須認(rèn)真穩(wěn)好穩(wěn)牢鉆機(jī)，利用前后戧柱和
頂柱，確保在三圍方向上鉆孔都不可能擺動(dòng)。
4．2．2 封孔長(zhǎng)度與封孔深度
合適的封孔長(zhǎng)度與封孔深度是保證抽采瓦斯
濃度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。但是，過(guò)長(zhǎng)的封孔長(zhǎng)度與封
孔深度將造成工時(shí)、材料的浪費(fèi)。根據(jù)鶴煤六礦的
具體情況，穿層鉆孔封孔長(zhǎng)度應(yīng)不小于5m，封孔深
度不小于6m。煤巷上、下幫布置過(guò)邊抽邊掘鉆孑L或
錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)巷道，該巷道順層抽放鉆孑L的封孔長(zhǎng)
度不得少于8m，封孔深度不小于9m；煤巷上、下幫
為實(shí)體煤的巷道，該巷道順層抽放鉆孔的封孔長(zhǎng)度
不得少于7m，封孔深度不小于8m；Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)煤的
抽放鉆孔和邊抽邊掘、先抽后掘鉆孔不得少于8m。
受巷道條件限制需用兩段或以上短管聯(lián)接封孔的，
必須對(duì)連接處進(jìn)行漏氣檢查。
特別提示，封孔時(shí)必須特別注意不能將封孔藥
劑、封孔材料流過(guò)孔口管里口，堵塞封孔管。如果封
孔管被堵塞，造成整個(gè)鉆孔報(bào)廢，將造成嚴(yán)重?fù)p失。
如果用聚胺脂封孔，聚胺脂的流動(dòng)距離和發(fā)泡倍數(shù)
與藥品的配比、用量、鉆孔正負(fù)坡度及坡度大小均
有關(guān)系，應(yīng)經(jīng)常在地面做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
4．2．3 清孔
封孔前用壓風(fēng)或水清掃干凈封孔段內(nèi)的粉塵；
下向孔無(wú)法清凈的必須用掏勺掏凈；下向孔積水至
孑L口的鉆孔，孔口以下10m范圍內(nèi)的水必須排除。
4．2．4 材料及封孔管長(zhǎng)度
封孔管材可能在材質(zhì)和管徑兩個(gè)方面影響抽
采效果。材質(zhì)方面要求封孑L后封孔管不變形，不堵
塞管道或增加附圖。如果使用聚氨脂封孔因聚氨脂
發(fā)泡造成溫度升高，此時(shí)如用PVC塑料管封孔，
PVC塑料管受熱易變形，孔徑變小，影響抽放效果，
故在封孔時(shí)嚴(yán)禁使用PVC塑料管。
管徑與孔徑的合理匹配有利用提高封孔質(zhì)量
和抽采效果。一般情況下①75—89mm孑L徑用1．5寸
煤礦現(xiàn)代化 2012年第3期 總第108期
封孔管； 89～110ram孔徑用2寸鐵管；①110mm以
上孔徑用3寸鐵管。
為防止聚氨脂發(fā)泡膨脹時(shí)向孔內(nèi)流失堵塞封
孔管，封孔管長(zhǎng)度必須大于封孔長(zhǎng)度的O．5m以上。
4．2．5 使用聚氨脂封孔工藝
將封孔管的前端距管口0．5m長(zhǎng)范圍內(nèi)必須用
木楔或混凝土固定，在封孔管的里口O．5～1．0m處，
用浴巾、麻袋布或稀棉布裹住封孔管，用藥長(zhǎng)度不
小于3m，在封孔管封孔段兩端焊接5—10ram高的
檔頭，防止封孔材料因固定不牢向外滑移。將聚氨
酯配料按照1：1的配比倒入攪拌桶內(nèi)快速攪拌，待
藥變白或變黃后開(kāi)始均勻平抹全布，同時(shí)將布纏繞封
孔管，卷布時(shí)必須保證布面的平整。同時(shí)連同封孔管
快速插入孔內(nèi)，封孔材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)泡、膨脹而
形成封閉式的微孔泡沫，并向四周滲透擴(kuò)散，使之封
閉封孔管與鉆孔間的環(huán)形空間，從而達(dá)到快速封閉抽
采鉆孔的目的。當(dāng)聚氨酯泡沫邊干變硬后將封孔管
與抽采支管聯(lián)接，打開(kāi)閥門(mén)進(jìn)行抽采。
4．2．6 特殊地段的封孔
特殊地段的封孔可采取聚氨脂與水泥砂漿聯(lián)合
封孔。聚氨脂與水泥砂漿聯(lián)合封孔應(yīng)滿足以下要求：
(1)水泥、砂子、水的配比為1：1：2。嚴(yán)禁用石粉
或煤粉代替砂子，且必須用篩子過(guò)濾。為防止水泥
收縮干裂、漏氣，可在水泥中摻入3％。的鋁粉或按水
泥的體積比摻入l／10的石膏。
(2)根據(jù)鉆孔的不同傾角可分別采用以下三種
封孔方式：
一是坡度大于lO。的上向孔，下好封孔管后。
先將孔口內(nèi)放入一根3／4寸膠管，再用混凝土將
孔口封堵300—500mm，然后用鉆孔封孔器，通過(guò)壓
風(fēng)將水泥砂漿經(jīng)3／4寸膠管注入孔內(nèi)，以孔口管
出漿為封孔結(jié)束；二是坡度大小于一5。的下向孔，
先在距封孔管前端0．3m處加一個(gè)略大于鉆孔孔
徑的橡膠擋板，并纏棉紗，下到封孔位置后，向鉆孔
內(nèi)直接注水泥砂漿，待水泥砂漿脫水后孔口再用半
干的水泥砂子填充至封口；三是坡度大在一5o ～
10。的鉆孔，先將帶擋板的封孔管下到封孔位置，
再用鉆孔封孔器向鉆孔內(nèi)通過(guò)壓風(fēng)直接噴射水泥
砂漿(水泥、砂子配比為1：1)，直NTL口為止。
4．3 優(yōu)化抽采負(fù)壓
抽采負(fù)壓是鉆孔內(nèi)瓦斯流向抽采泵站的動(dòng)力
合適抽采。一般而言，鉆孔孔口抽采負(fù)壓只是保證
鉆孔內(nèi)瓦斯流進(jìn)抽采管網(wǎng)，對(duì)煤層解吸瓦斯沒(méi)有太
大影響。但是，由于鉆孔施工完成后存在垮孑L、變形
等情況，要保證瓦斯從孔底流人管網(wǎng)，需要一定的
孔口負(fù)壓。保證瓦斯正常流進(jìn)的孔口負(fù)壓與鉆孔深
度、孔徑、煤層硬度等各方面有關(guān)系?？卓谪?fù)壓過(guò)
大，如果封孔質(zhì)量不能匹配，會(huì)在封孔段大量漏入
空區(qū)，降低抽放濃度和純量。合適的孔口負(fù)壓需要
綜合考慮各方面的因素。原則上，在封孔質(zhì)量滿足
的條件下，新帶抽的孔口負(fù)壓應(yīng)能保證孔口管內(nèi)瓦
斯?jié)舛炔恍∮?5％ ，約為90～120mmHg。
如果新帶抽的孑L口管內(nèi)瓦斯?jié)舛群涂卓谪?fù)壓
不能對(duì)應(yīng)，需調(diào)整封孔方法，及時(shí)提高封孔質(zhì)量。
5 結(jié)論
經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與較長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，利用以上該配
套技術(shù)對(duì)抽放系統(tǒng)優(yōu)化以后，地面抽采泵瓦斯?jié)舛扔?
原來(lái)的14％提高到17％，在鶴壁六礦二1煤層2l15
工作面、2145工作面采用該技術(shù)治理瓦斯效果明顯
提高。總之，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上可行，安全上可靠，經(jīng)濟(jì)與
社會(huì)效益顯著的目標(biāo)。并且在封孑L質(zhì)量合格的情況
下，新帶抽的孔口負(fù)壓應(yīng)能保證孔口管內(nèi)瓦斯?jié)舛炔?
小于45％，約為90～120mmHg。因此可做為其他礦井
瓦斯治理以及抽采系統(tǒng)的優(yōu)化工作作為參考。
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作者簡(jiǎn)介
陳長(zhǎng)春，男，湖南省安仁縣人，1974年3月22日
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通風(fēng)與瓦斯防治。 (收稿日期：2012—1—10)
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