超前钻孔有效排放半径的测定及布置优化

超前钻孔有效排放半径的测定及布置优化

摘要:淮南矿区谢桥煤矿1232(3)煤层具有突出危险,两巷掘进时采用顶板高位钻孔、沿煤层钻孔和穿层钻孔等方式进行瓦斯抽采,抽采钻孔的大量布置影响着巷道掘进速度。本文在结合工程条件,对超前钻孔有效排放半径进行测定,在此基础上提出了钻孔布置的优化方案。

关键词:瓦斯突出超前钻孔有效排放半径布置优化

谢桥矿1232(3)工作面为西二与西一西采区联合开采的13-1煤三阶段,主采煤层为突出危险煤层,具有高瓦斯和高冲击矿压倾向性。因此,在工作面顺槽掘进过程中,采取有效的防突措施是至关重要的,也是十分必要的。

实验及现场实践表明,煤层瓦斯预抽在强制性区域防突方面可取得良好的效果,在淮南矿区已作为防突的关键措施得到广泛采用。由于淮南矿区煤层普遍具有低渗透性,因此采用了顶板高位钻孔、沿煤层钻孔和穿层钻孔等多种抽采方式确保瓦斯的抽采效果。然而,布置大量的抽采钻孔虽保障了矿井的安全生产,却也降低了采区的准备速度,制约着工作面的接替。因此,如何在保证抽采效果的同时,降低钻孔的布置数量,进而实现巷道的快速掘进显得尤为重要。

对于超前钻孔来说,有效排放半径是指其在径向上能够消除突出危险的最大范围。有效排放半径作为防突措施的重要参数,指导着超

前钻孔的布置方式。因此,准确的测定超前钻孔的有效排放半径,可指导超前钻孔布置方式的优化,不仅能够确保防突效果,同时能够加快突出煤层巷道的掘进速度。

1 工程概况

谢桥矿1232(3)工作面回风顺槽煤层底板标高为-463.6～-524.4 m,运输顺槽煤层底板标高为-521.0～-555.3 m。西起F5断层(矿井边界),东至F6断层。工作面北边1222(3)W、1222(3),东边1231(3)工作面已回采完毕。开采水平为-610 m,地面标高为+21.6～+27.0m。走向长度为3015.2m,倾斜长为119.0～234.3m,煤层平均倾角为14.8°,煤厚为0.2～6.0m,平均煤厚为4.65米。老顶为细砂岩,厚度为5.26m,呈灰白～灰色,局部夹泥岩;直接顶为泥岩及13-2煤,厚度为2.05m,呈浅灰～灰色;13-2煤为黑色;直接底为砂质泥岩,厚度为 4.1m,呈浅灰～灰色,致密。

1232(3)上顺槽为沿空巷道,下顺槽为实体巷道,为满足回采期间通风、运输需要,断面形状设计为直角梯形,其断面尺寸:净宽×中高=5.0m×3.0m,S净=15.0m2。采用走向长壁、大采高一次采全高综合机械化采煤法,区内后退式回采,全部垮落法处理采空区。

2 超前钻孔布置及防突原理

由于1232(3)工作面煤层具有突出危险,为抽采瓦斯,结合淮南矿区其他煤矿13槽煤两巷支护经验,参照《防治煤与瓦斯突出细则》,

两巷掘进过程中的超前钻孔布置方式为以下几点。

钻孔直径为90 mm,孔深12 m,超前迎头的距离为5 m以上,为使钻孔在巷道断面上的控制范围达到其轮廓线外四周5 m以上,参照淮南矿区其他矿13槽煤的设计经验,每个断面布置28个钻孔,分4排布置,每排7个。

根据矿压理论,受掘进工程扰动的影响,掘进迎头前方煤体的应力状态可分为三种类型,即:卸压带、集中应力带以及原始应力带。卸压带内煤岩体的应力降低,瓦斯压力减小,对突出防护工作来说可起到保护作用;集中应力带内煤岩体的应力升高,瓦斯压力增大、渗透性低,是瓦斯突出的危险地带。超前钻孔的作用,就是穿过集中应力带,通过钻孔的排放,降低集中应力带的瓦斯含量及瓦斯压力,并通过钻孔卸压的作用,增大瓦斯的渗透系数,同时超前钻孔延伸到卸压带,可使集中应力带的围岩应力向煤体深部转移,扩大卸压带的范围,形成更大范围的突出保护区。这就是超前钻孔防突的原理。

3 有效排放半径的测定

目前,我国煤矿中普遍采用的超前钻孔有效排放半径测定方法主要有三种,即:瓦斯压力测定法、瓦斯流量测定法以及钻屑量与钻屑瓦斯解吸指标法。由于谢桥矿13槽煤赋存条件比较稳定,结合实际地质情况,选择瓦斯流量测定法对超前钻孔的有效排放半径进行测定。测定方法如下。

测量孔的自然瓦斯涌出流量测定完成后,用Φ90 mm的钻头在选定位置施工考察孔,孔深10 m,施工完毕后再用封孔器和多级流量计测定测量孔的瓦斯流量,测量方法相同,连续测定2 h。测量孔瓦斯流量在考察孔施工前后的变化情况如表1所示。

由表1中数据可知,测量孔瓦斯涌出量在施工考察孔后,增加百分比的基本趋势为:与距离考察孔的距离成反比,与时间成反比。

4 超前钻孔布置优化

设计超前钻孔布置的初始方案时,有效排放半径按0.8 m计算,而实际测量的结果显示,Φ90 mm超前钻孔的有效排放半径为1.2 m。因此,可以在保证抽采效果的同时,减少超前钻孔的布置数量。

优化布置方式后,超前钻孔的数量为15个,较之前减少了13个,将近一半。在确保安全的同时,大大减小了防突工程量,增加了巷道的掘进速度。

参考文献

[1] 方伟.优化超前钻孔布置实现突出煤层快速掘进的探讨[J].煤矿安全,2007,7.

[2] 闵瑞.超前钻孔有效排放半径的测定技术应用[J].科技创新与应用,2013,1.