工作面的轨道巷、胶带巷双向布置钻孔,以提高工作面的抽放量。
③钻孔有效抽放时间
本矿2号煤层瓦斯自然涌出量的测定结果表明:百米钻孔初始瓦斯涌出量为3.9356~6.3869(×10-3m3/min·100m),钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0471~0.0481d-1。从而,百米钻孔在不同时间t内可抽放的瓦斯总量(Qt)和钻孔抽放有效系数(K)按下式计算:
Qt?1440?q0?(1?e??t)?
K?(1?e??t)?100
式中:Qt—百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量, m3; q0—百米钻孔初始瓦斯涌出量,m3/min·100m; α—钻孔瓦斯流量衰减系数,d-1
t —抽放时间, d; K—钻孔抽放有效系数,%。 计算结果列于表2中。
表2 不同排放时间内百米钻孔排放瓦斯总量 排放时间(d) 排放瓦斯总量Qt(m3) 钻孔抽放有效系数K(%)
由表中可以看出,当排放时间为60天时,排放总量已经达到极限排放量的90%;本着尽量减小钻孔工程量又要保证抽放效果的原则,设计钻孔预抽时间为60天,但要注意采取防火措施。钻孔抽放影响范围暂定为4.5m。
④抽放负压。钻孔抽放负压一般为20KPa (泵的负压能满足要
60 143.81 90 90 192.54 98 ∞ 195.27 100 求)。
B、封孔方式、材料及封孔工艺 (1)封孔方式:聚氨酯封孔。
(2)封孔材料:聚氨酯、1.5寸抽放管。
(3)封孔工艺:该法孔内抽放管的结构如图2所示。孔内抽放预埋管选用直径1.5寸的聚乙烯纳米管,长度6~8m,封孔段长度为3m,即从2m开始封至5m。
操作程序为先称量出封一个钻孔的甲、乙组分药液,分别装入两个容器,再将药液同时倒入混合桶,立即用棒快速搅拌均匀,当药液由黄褐色稍变为乳白色时,停止搅拌,将药液倒入预先固定在抽放埋管上的彩条布袋中,边倒药液边向孔内插入抽放管,最后把捆扎好药液的彩条布及抽放埋管迅速插入钻孔,孔口外露30-50mm,大约5min后药液开始发泡膨胀,20min停止发泡,逐渐硬化固结。
为了避免抽放管内因碰撞晃动而影响封孔质量,降低抽放效果,尚需用水泥砂浆将孔口抽放管固定牢固或用木楔塞紧,固定长度0.5~1.0m。
钻孔抽放埋管3m8m 图4- 2 封孔示意图
C、钻机及钻具
钻孔施工采用ZDY-1200S型坑道钻机,配套钻杆选用φ63.5mm,每节长度1m的麻花钻探钻杆,钻头选用Φ89mm三翼钻头或煤岩两用钻头。
打钻施工采用风水混合排渣降尘。 (2)采空区瓦斯抽放
本矿开采2号煤层,采空区存在大量的瓦斯将在通风负压的作用下向回采工作面涌出,这样势必造成回采工作面及回风隅角的瓦斯超限,应当用抽放的办法来处理这部分瓦斯。同时由于2号煤顶板垮落,裂隙增加,这样就为瓦斯流动提供了良好的条件,在煤层瓦斯压力的作用下,上邻近层1号煤层的瓦斯通过层间裂隙向2号煤层回采空间释放。同时2号煤层的开采对3号煤层起到了卸压的作用,使3号煤层中的瓦斯涌向2号煤层的回采空间,利用采空区瓦斯抽放抽出随着工作面的推进,卸压范围的扩大而不断涌向采空区的邻近层瓦斯。
根据回采工作面采空区瓦斯涌出量、通风能力以及工程量等,经分析考虑,设计采用埋管或插管的瓦斯抽放方法抽放半封闭采空区瓦斯。
(1)插管抽放采空区瓦斯方法
上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区,使该区域内瓦斯由抽放管路抽走,这可以避免因工作面上隅角处局部位置因风流不畅照成瓦斯积聚,根据采掘设计回风巷和轨道巷每隔50米有一联络贯,在联络贯中设计低负压瓦斯抽放管路用于抽放上
隅角的瓦斯,上隅角插管瓦斯抽放是制造一个负压区,让周围瓦斯向负压区流动,然后通过抽放管路,抽出工作面的瓦斯,回风巷中的瓦斯管路通过阀门控制上隅角的瓦斯流量,在联络贯中设立管,立管上打眼并立管上口开放,联络贯和采空区设木垛,防止矸石砸坏管路,为了抽放效果更好,立管距采空区不能大于3,0m,这样还可以通过联络贯抽后面采空区的瓦斯。
抽放立管空区联络巷
回采工作面回风顺槽 图4-3 采空区抽放示意图
全封闭采空区是指工作面(或采区、矿井)已采完封闭的采空区,也称老采空区。老采空区虽与矿井通风网络隔绝,但采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯,它仍有可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出,从而增加矿井通风的负担和不安全因素。全封闭采空区瓦斯抽放有以下几种不同的方式:报废矿井瓦斯抽放、开采已久的老采空区瓦斯抽放、采完不久的采空区瓦斯抽放和地面钻孔抽放等。
设计采用密闭巷道法抽放已采完封闭的采空区瓦斯。该方法是首先在巷道中打密闭,然后将管子插入采空区直接抽放采空区瓦斯。密闭打在工作面回风顺槽横贯内,厚度3m以上。为了保证密闭的严密,煤壁和顶、底板的挖槽深度要大于0.3m。密闭两壁用砖(或料石)
砌筑,厚度不小于0.4m,两层砖(或料石)墙间要充填黄土,并夯实。瓦斯抽放管插进10m左右。如图5所示。 采空区抽放管密闭墙 孔板流量计采空区孔板流量计抽放支管抽放支管采空区观测管观测管阀 门阀 门抽放干管抽放干管 图4 全封闭采空区密闭瓦斯抽放示意图 (3)邻近层及高位抽放瓦斯方法
利用回采工作面回风巷向邻近层(1号煤层)和回风隅角(老塘顶板裂隙带)打迎面斜交的钻孔抽放瓦斯。该钻孔可随着回采工作面的推进采空区顶板的冒落和卸压裂隙作用,实施边采边抽采空区内的瓦斯,从而提高瓦斯抽放率,减少采空区的瓦斯涌出量。
A、钻孔布置
钻孔布置方式:在联络巷设钻场,且在工作面回风巷每隔5米布置1个钻孔,钻孔沿采空区迎面斜交(与顺槽成45°)。钻场钻孔布置见图5;钻孔施工参数见表3。