钻孔直径 ∮75 mm； 相邻孔间夹角 3°～5°； 钻场间距 50 m； 钻场内钻孔数 3个； 封孔深度 5m； 封孔方式 聚胺脂封孔.
钻场 抽放钻孔 掘进工作
图3－2 掘进工作面边掘边抽瓦斯钻孔布置示意图
在煤巷掘进工作面后5m处的巷道两邦各施工一个钻场. 钻场的规格应根据巷邦瓦斯抽放钻孔布置的要求, 选用钻机的外形尺寸及钻杆长度而定. 根据该矿的具体情况, 每组钻场在煤巷两侧错开布置, 其规格为: 4 x 4 x 2m, 采用木棚支护. 相邻两组钻场之间的间距为40-50m.
在每一钻场内, 沿走向布置3个边掘边抽钻孔, 即左, 右钻场各三个, 孔深60m左右.
掘进工作面先抽后掘就是在煤巷掘进工作面向前方煤层施工扇形钻孔, 每个循环6-9个钻孔, 钻孔深度50-60m, 每个循环间距40-50m, 预计抽放时间为20左右. 钻孔终孔点分别距离巷道中心线0m, 2.5m和4m.
钻孔布置的原则就是保证将钻孔布置在煤层内, 钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层的厚度向上或下倾斜. 当掘进工作面抽放钻孔数量较多时, 为扩大钻孔覆盖范围, 抽放钻孔应以巷道中线为基准, 向周围煤体呈放散状排列, 以提高抽放效果.
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3.2.3 回采工作面高位抽放
采用高位抽放就把回采工作面上部煤层中和部分采空区中的瓦斯通过钻孔和瓦斯抽放管道排放到地表或井下回风巷中. 图3-3为回采工作面高位钻孔布置示意图.
需要注意的是设计中的瓦斯抽放钻孔设计仅供该矿工程技术人员参考. 在生产实际中, 应根据现场实际监测参数对抽放钻孔的布置进行调整, 以达到最好的抽放效果.
3.2 抽放量预计及抽放服务年限
3.2.1 回采工作面本煤层预抽量预计
由于二-1和二-3煤层的透气性低及回采工作面巷道面积较小等原因, 尽量不采
用边采边抽的方式, 而着重考虑采用高位钻孔抽放的方式. 3.2.2 掘进工作面边掘边抽瓦斯量预计
某煤矿回采工作面顺槽实行单巷掘进，每一条单巷掘进工作面的最大边掘边抽瓦斯量由下式计算：
Q1?N?L2L3?L1100?Qj?(1?e??/t)/t/1440 (3-1)
式中:
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Q1 - 单巷掘进工作面边掘边抽瓦斯量，m3 /min；
N - 每个钻场内边掘边抽钻孔数，N＝3； L2 - 掘进工作面平均走向长度，m，L2=2000m； L3 - 钻场间距，m，L3=100m； L1 - 单孔有效抽放长度，m，L1=95m；
Qj - 百米钻孔瓦斯极限抽放量，m3，Qj =67825 m3； α - 钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1，α=0.0014d-1；
t - 巷道掘进期间边掘边抽钻孔平均抽放瓦斯时间，d，在巷道长度为240m（包
括联络横贯长度）、掘进速度30m/mon条件下，t＝120d.
代入各参数值，计算得 Q1=0.691m3/min.
按全矿4个单巷掘进工作面考虑，边掘边抽瓦斯总量为2.764m3/min. 3.2.3 矿井瓦斯抽放量预计
当矿井实施高位钻孔抽放、边采边抽和边掘边抽等措施时，预计矿井最大瓦斯抽放总量可以达到11.58m3/min.按年抽放365天、日抽放24小时计算，矿井年最大年瓦斯抽放量可以达到6086448m3. 3.2.4 抽放服务年限
由于矿井瓦斯抽放方式为高位钻孔抽放、边采边抽和边掘边抽，瓦斯抽放服务年限与矿井生产服务年限相同. 3.2.5 抽放参数的确定
根据目前矿井的具体情况和所选用的抽放瓦斯方法, 设计矿井的瓦斯抽放浓度为30%.设计掘进工作面的预抽(尽量不采用预抽)时间为20天, 回采面的预抽时间大于3个月, 回采面预抽钻孔可作为边采边抽钻孔, 当采煤工作面推进至该孔孔口附近时, 拆除钻孔. 瓦斯抽放实践证明, 由于预抽煤体瓦斯, 使煤体发生收缩变形, 当煤体原来占据的空间体积相等时, 煤体的收缩既使原有的裂隙加大, 又可以产生新的裂隙. 从而使煤层的透气性增加, 提高瓦斯抽放效果.
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3.3 瓦斯抽放钻孔施工及设备
3.3.1 钻机的选择
选择钻机需要考虑的因素包括: 1).钻进深度; 2).转速范围; 3).给进, 起拔能力; 4).液压系统; 5).价格.
某矿现在使用的钻机采用整体箱式结构, 具有体积小, 重量轻, 移动安装方便, 机械效率高等优点,完全能够满足井下瓦斯抽放钻孔钻进的要求. 该钻机主要用于井下钻探深度为50m-200m的各种角度的瓦斯抽放钻孔, 勘探钻孔等多用途的工程钻孔施工.
3.3.2 钻孔施工技术安全措施
除了采取钻孔施工技术的一般安全措施(略)外, 还必须采取以下特殊措施: (1). 在施钻地点附近安设一组(6个)压风自救器和一台电话;
(2). 调整通风系统, 使采煤工作面回风不直接流经施钻地点, 开始以前完成该区
域通风系统调整;
(3). 采煤工作面放炮时, 撤出施钻人员至安全地点, 放炮期间, 所有人员均不得
进入回风系统;
(4). 放炮后, 待施钻现场瓦斯不超限, 整个区域无安全异常, 则可保持正常施钻; (5). 若施钻现场发生安全异常, 则立即按安全路线撤离.
3.3.3 钻孔封孔
抽放钻孔封孔方式主要有水泥注浆泵封孔, 人工水泥沙浆封孔和聚胺脂封孔等.
在岩层中封孔长度不小于3m. 在煤层中封孔长度不小于5m.
考虑到某煤矿的钻孔数量不大, 没有必要购买价格昂贵的封孔泵或采用人工水
泥沙浆封孔. 因为使用水泥沙浆封孔, 凝固时间长, 对于倾斜钻孔不易充满. 因此, 应该使用人工聚胺脂封孔.
聚胺脂封孔就是由异氰酸脂和聚醚并添加几种助剂反应而生成硬质泡沫体密封
钻孔. 聚胺脂封孔采用卷缠药液与压注药液两种工艺方法. 现主要应用卷缠药液法封孔, 封孔深度一般为3-6m即可符合要求.
虽然聚胺脂封孔(见图3-4)的成本略高于水泥浆封孔, 但聚胺脂封孔操作简单,
省时省力, 气密性好, 抽放效果好, 非常适用于某煤矿.
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1 2 3 4 1— 集气孔段; 2—聚氨酯封孔段; 3—水泥砂浆封孔段; 4—套管 图3-4 聚胺脂封孔示意图
3.3.4 瓦斯抽放参数监测
采用孔板或便携式数字钻孔瓦斯参数监测仪对钻孔或采空区抽放管进行监测很
有必要. 除此之外, 在抽放巷道口设瓦斯抽放监测传感器, 对抽放管道的负压, 瓦斯浓度, 瓦斯流量, 温度进行监测. 井下抽放支管和地面主管都应装备管道监测系统, 并将其尽可能地将管道监测系统挂靠入矿井环境监测系统.
4 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算及设备选型
4.1 矿井瓦斯抽放设计参数
根据煤矿提供的地质资料和矿井设计资料, 某煤矿的设计瓦斯抽放量按一台抽放泵同时服务两个回采工作面(目前只布置一个回采工作面)和三个掘进工作面, 纯瓦斯抽放量取11.58m3/min(将来最大瓦斯抽放量). 瓦斯抽放浓度按30%计算.
4.2 瓦斯管网系统选择与管网阻力计算
4.2.1 瓦斯抽放管网系统
在选择瓦斯抽放管路系统时, 主要根据抽放泵站位置, 开拓巷道布置, 管路安装条件等进行确定. 抽放管路应尽量选择敷设在巷道曲线段少和距离短的线路中, 尽可能避开运输繁忙巷道, 同时还要考虑供电, 供水, 运输方便.
抽放泵的位置可以布置在地面也可以布置在井下. 井下布置是将瓦斯抽放泵布置在井下靠近抽放地点的进风流中, 这样可以减少抽放管路的长度, 并随时根据抽放地点的需要改变抽放泵的位置, 可以节省管路投资, 节省防爆装置和避雷装置, 其必要条件是抽放管路的瓦斯排放到采区回风巷或总回风巷后, 在较小范围内经过稀释达到风流瓦斯浓度不超限.
当矿井总回风巷瓦斯浓度高, 抽出的瓦斯不能排放到总回风巷, 或井下供水,供
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