高位钻孔设计
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瓦斯抽放钻孔施工设计
为加强对W908工作面的瓦斯治理,防止工作面在回采时瓦斯超限,经研究决定从W908材料巷原移动救生舱硐室开始,往工作面方向顶板处施工瓦斯抽放孔。为确保施工期间的安全,特编制本设计。
一、概况及技术参数的确定
高位钻孔瓦斯抽放是沿着工作面回风顺槽,利用专用钻机斜向预
采煤体顶板钻孔, 在采空区顶板裂隙带层位上布置钻孔, 抽放采空
区冒落带及裂隙带内的瓦斯, 进而改变采空区流场分布。它的作用是, 解决采空区上隅角一带瓦斯积聚和回风流瓦斯超限问题。
1、瓦斯抽放参数
高位钻孔瓦斯抽放又称顶板裂隙带抽放。回采工作面周围的采动压力场, 在垂直方向上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带, 在水平方向上形成煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙区间, 便成为瓦斯流动的通道。采空区内的瓦斯由于受瓦斯浮力和通风总负压的作用, 主要分布在顶板裂隙带内且靠近采
面回风侧。高位钻孔的抽放负压, 加速了裂隙带内瓦斯的流动, 从而使高位钻孔能够抽出高浓度的瓦斯。
1. 1 钻孔有效高度范围及钻场高度
根据采空区顶板岩层移动“三带”理论和采空区内瓦斯运移规律, 有效的钻孔高度Hz 应位于裂隙带范围, 故应满足:
H m 式中: H m——冒落带的高度, m; H l——裂隙带的高度, m。 冒落带高度为 H m = , (2) 式中: M ——采高, m; k——冒落岩石的平均碎胀系数; a——煤层倾角, ( °)。 裂隙带高度一般采用经验公式: H l=。 (3) 式中a、b、c均为待定常数, 可根据煤矿设计规范确定, 见表1。 将式( 2)、( 3)代入式( 1), 得到钻孔有效高度: H m = < H z < H l =。 考虑到钻孔的有效利用, 钻孔底应布置在冒落带上部或裂隙带下部。 W908工作面采用走向长壁后退式开采, 工作面长度为160m。在回采过程中, 工作面因瓦斯超限而严重制约着生产能力的正常发挥, 为消除瓦斯超限的影响,依据以上理论与方法采用高位钻孔技术进行瓦斯抽放。 1.2 钻孔有效高度及钻场高度 根据9#煤层赋存特征, 计算过程中M、k、a分别取1.32 m、2.2、5°, 待定常数a、b 、c 分别取1.2、2.0、8.9。由此依据式( 2)得到冒落带高度为1.1m; 依据式( 3 ) 得到裂隙带高度为36.89m, 取下限值时为27.9m。由此确定钻孔有效高度为1.1~27.9 m。考虑到钻孔的稳定性及易于维护, 钻孔长度为80m时,钻孔底部高度确定为 11.5m,钻孔长度为100m时,钻孔底部高度确定为14.7m,(即钻孔位于K2灰岩内)。 1.3 钻孔有效长度 根据9#煤层赋存特征及技术要求,确定钻孔有效长度为80— 100m ,最里侧钻孔的终孔位置距材料巷煤壁的距离不大于30m。 1.4 钻孔的角度 根据钻孔的有效长度及孔高的条件,钻孔仰角定为14°。 1.5 钻孔的数量及夹角 根据实际情况钻孔初步定为3个,在同一水平布置,水平夹角依次为为5°、10°、15°。 1.6 孔口高度及间距 钻孔口高度根据实际情况定位距底板1.5m高,孔间距为800mm。 1.7 钻孔沿倾向布置范围 根据采动裂隙“ O ”形圈理论及现场实际观测,钻孔沿倾向布置范围确定在距材料顺槽30m以内。 1.8钻孔施工硐室规格及间距 打钻施工硐室规格:宽×高×高=3m×3m×2.3m;硐室间距为80-90m。 二、架柱式液压回转钻机的性能及参数 W908工作面高位钻孔使用ZYJ-1400/120L型架柱式液压回转钻机,钻机的具体参数如下: 主要技术参数 泵站主要参数 三、安装操作和使用 1、钻机安装 ⑴、在钻机运到工作现场前,准备好钻凿岩洞场地,必须根据钻孔倾角及所用钻杆的长短及立柱的高度进行挑顶,起底或护帮等工作,保证顶板与底板的平行,而立柱必须垂直其平行线。 ⑵、根据钻孔的位置,安装好立柱后,按钻孔孔位的要求将立柱架设牢固,立柱上下两端要用硬木垫实,将钻机的大锥孔与立柱中间锁紧套上的锥轴连接到位,并调整好方位、角度后,紧固其螺母及锁紧套的螺栓。 ⑶、连接主机的副立柱,调整到最佳长度后,紧固副立柱的锁紧套螺栓,使其完全牢固。 ⑷、将水管、油管、动力线引到工作地点,注意:电机电压380/660,或是660/1140,保证电机右旋,严禁左旋,根据实际电压连接。 2、管路连接 泵站与操作台之间有3条管路连接,操作台与主机之间有10条管路连接。泵站与行走配流板有,6条管路连接。详见总图。 注意:连接管路时应先将管路接头清理干净方可连接。内径相同的管路长度满足时可以互换并将管路排列整齐。 3、钻机的操作方法 ⑴各操作阀的位置及功能 本机设有两个操控台。一个在泵站上,有两个换向阀组成,控制泵站的行走、转弯、制动。一个主控操作台,主要有6个手动换向阀控制、配流板、和两个单项阀组成。每个换向阀控制钻机的一项功能。每个换向阀的手柄有前、中、后三个位置。当手柄垂直时处于中位,也是非工作状态。扳动手柄向前、向后,可实现控制件的正转和反转,前进或是后退,顶紧或是松开。 ⑵操作台的一侧装有球阀,用来控制钻机钻孔时的水路。 ⑶开机前的准备 各换向阀的手柄在中位。钻机主轴的钻孔角度到位。电机的线路连接完毕。 ①、给油箱加入足够的清洁液压油,一般用46#抗磨液压油,需油量约为120升。 ②、检查钻机各部位紧固体是否牢固,主机安装是否牢固。 ③、在需要润滑部位加注润滑油和润滑脂。 ④、检查各油管是否连接无误,油管、水管接头卡好U型销。 ⑤、将操作台各手柄放在中间位置。 ⑷启动钻机 开启隔爆按钮的绿色启动键,观察各管路之间有无异常,无漏油现象,泵站声音正常。运转马达15分钟、油缸,排除油路的空气,至运转平稳为止。 ⑸试运转 按操作台上的标识,扳动各换向阀手柄,确认主轴正、反,推