孫守義　黃良　李希建　何登華　王偉　王超群(1.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,貴州省貴陽(yáng)市,55005; .貴州發(fā)耳煤業(yè)有限公司,貴州省六盤水市,756404; 3.復(fù)雜地質(zhì)礦山開采安全技術(shù)工程中心,貴州省貴陽(yáng)市,55005: 4.貴州省非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點(diǎn)試驗(yàn)室,貴州省貴陽(yáng)市,55005)

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發(fā)耳煤礦下行孔排水裝置提高瓦斯抽采的應(yīng)用

孫守義1,2黃良1,3,4李希建1,3,4何登華2王偉2王超群2
(1.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,貴州省貴陽(yáng)市,550025; 2.貴州發(fā)耳煤業(yè)有限公司,貴州省六盤水市,756404; 3.復(fù)雜地質(zhì)礦山開采安全技術(shù)工程中心,貴州省貴陽(yáng)市,550025: 4.貴州省非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點(diǎn)試驗(yàn)室,貴州省貴陽(yáng)市,550025)

摘 要為解決下行孔積水影響瓦斯抽采難題,分析了發(fā)耳煤礦現(xiàn)有的下行孔瓦斯抽采技術(shù)存在的問題,研制出了一種壓風(fēng)排水裝置。在發(fā)耳煤礦10702頂板抽放巷應(yīng)用表明:試驗(yàn)鉆孔瓦斯?jié)舛茸罡呖蛇_(dá)87%,單孔抽采純量最高可達(dá)0.63m3/min,單孔最高抽采純量為普通孔的1.34倍,該裝置的應(yīng)用有效地解決了下行孔因積水影響瓦斯抽采效果難題。

關(guān)鍵詞瓦斯抽采 下行孔 壓風(fēng)排水 排水裝置

保護(hù)層開采和穿層預(yù)抽煤體瓦斯是目前最有效最直接的防治煤與瓦斯突出措施,預(yù)抽煤體瓦斯不僅能預(yù)防和降低煤與瓦斯突出可能性,還能有效解決采掘過程中工作面瓦斯超限問題。隨著煤礦開采深度延伸和開采強(qiáng)度的加大,礦井瓦斯災(zāi)害越來越嚴(yán)重,煤礦瓦斯涌出量不斷增加,瓦斯抽采越顯重要。但由于受施工條件、施工工藝限制在預(yù)抽煤體瓦斯時(shí)不得不施工下行鉆孔,在下行孔施工過程中受水文地質(zhì)及煤層含水率等自然因素影響,孔內(nèi)往往會(huì)積存大量的水和煤渣而不易排出,進(jìn)而阻塞煤層中瓦斯流動(dòng)的裂隙通道,增大瓦斯抽采阻力,并且在松軟煤層中,鉆孔中積水長(zhǎng)時(shí)間浸泡孔壁煤體還可能會(huì)導(dǎo)致鉆孔踏孔,瓦斯流動(dòng)通道被堵,使鉆孔失效或瓦斯抽采效果受到嚴(yán)重影響。

1　礦井概況及問題提出

發(fā)耳礦井(一期)位于貴州省六盤水市水城縣南部的發(fā)耳礦區(qū),含煤47～78層,平均總厚46.90m。其中可采及局部可采煤層19層,平均總厚26.82m。從淺到深比較穩(wěn)定及較穩(wěn)定的煤層依次是1＃、3＃、5－2＃、5－3＃、7＃、10＃、12＃、13－1＃、13－2＃、14＃、16＃、17＃、23－2＃共13層,平均總厚度19.42m?，F(xiàn)開采5－3＃煤層15301工作面,15301工作面位于1＃煤層10101工作面采空區(qū)和3＃煤層10301工作面采空區(qū)正下方。1＃煤層、3＃煤層已經(jīng)開采,5－2＃煤層未開采,在1＃煤層、3＃煤層開采后5－3＃煤層部分煤體得到了卸壓保護(hù),但15301工作面仍然有110m不在卸壓保護(hù)范圍內(nèi)(從15301切眼對(duì)應(yīng)的保護(hù)線外沿著走向方向向外110m),為了節(jié)約資源同時(shí)達(dá)到安全開采的目的,發(fā)耳礦施工15301底抽巷作為區(qū)域防突措施消除5－3＃煤層未保護(hù)的110m范圍,并將15301底抽巷作為15301工作面對(duì)應(yīng)的下部7＃煤層10702工作面頂抽巷抽采卸壓煤體瓦斯,但在施工下行孔預(yù)抽7＃煤層卸壓瓦斯期間,鉆孔積水嚴(yán)重,部分鉆孔受孔內(nèi)積水影響,瓦斯?jié)舛纫欢冉档?%以下,嚴(yán)重影響鉆孔瓦斯抽采效果。在鉆孔施工過程中,下行孔施工到設(shè)計(jì)位置后,利用鉆桿壓風(fēng),將孔內(nèi)積水一次性排出,但該方法只能排出鉆孔內(nèi)少部分積水,且不能多次排水,一旦封孔連抽以后孔內(nèi)積水就無法再次排出,導(dǎo)致孔內(nèi)積水不斷增加,鉆孔不能有效利用,瓦斯得不到有效抽采。為了解決因10702頂抽巷施工的下行鉆孔孔內(nèi)積水問題,設(shè)計(jì)了一種壓風(fēng)排水裝置對(duì)下行孔進(jìn)行定期排水,以提高鉆孔利用率和瓦斯抽采率。

2　排水裝置介紹

排水裝置由孔內(nèi)結(jié)構(gòu)和孔外排水結(jié)構(gòu)兩部分組成,如圖1所示?？變?nèi)結(jié)構(gòu)部分:排水管采用長(zhǎng)3800mm、直徑?16 mm PVC管,PVC管之間用?20mmPE管相連接,并用細(xì)鐵絲進(jìn)行綁扎。排水管一頭插入距鉆孔孔底1m左右,一頭與孔口排水裝置內(nèi)的?16mm鍍鋅鋼管連接,孔底的一節(jié)?16 mmPVC管需加工成篩管;孔外排水結(jié)構(gòu):孔口排水裝置由?50mm鍍鋅鋼管加工,一端敞口,另一端用鐵板焊接密封,鐵板中心留設(shè)?16mm的排水孔,并焊接?16mm的螺母,內(nèi)側(cè)用?16mm鍍鋅鋼管與鐵板中心預(yù)留孔進(jìn)行焊接,用于排水(瓦斯抽采期間用?16mm的螺栓連接,確保不漏氣)?？變?nèi)結(jié)構(gòu)用?50mm連抽軟管與鉆孔外露的封孔桿、瓦斯管多通頭相連,與封孔桿搭接長(zhǎng)度不得小于150 mm,兩端搭接采用鐵絲綁扎,且每端綁扎道數(shù)不少于4匝,確保排水期間不漏氣和被壓風(fēng)壓力沖脫。

圖1　排水裝置示意圖

3　使用方法

3.1鉆孔積水檢查方法

鉆孔正常抽采期間,卸下排水裝置上?16mm的螺栓,若向鉆孔內(nèi)吸氣,即可判定鉆孔內(nèi)無積水,反之鉆孔積水,需及時(shí)進(jìn)行排水。需注意的是若鉆孔內(nèi)?16mmPVC排水管脫落、排水管未伸入孔底會(huì)造成誤判鉆孔內(nèi)無積水,故需經(jīng)常對(duì)排水管的安裝情況進(jìn)行抽查。

3.2鉆孔排水方法及原理

要排出孔內(nèi)積水,壓縮空氣在密封鉆孔內(nèi)所形成的壓力為:

式中:P——壓縮空氣在密封鉆孔內(nèi)所形成的壓力,Pa;

ρ——孔內(nèi)積水密度,kg/m3;

D——鉆孔直徑,m;

d——排水管直徑,m;

g——重力加速度,m/s2;

hmax——排水管的最大垂直深度,m。

經(jīng)計(jì)算該礦使用壓風(fēng)機(jī)提供風(fēng)壓能滿足現(xiàn)場(chǎng)排水壓力。排水前,關(guān)閉單孔閥門,將排水裝置與壓風(fēng)多通閥門進(jìn)行連接,連接好后打開壓風(fēng),逐漸增大,鉆孔內(nèi)積水受壓風(fēng)壓力作用通過?16mmPVC排水管排出,鉆孔積水排完后,恢復(fù)排水裝置及測(cè)流孔螺栓,打開單孔閥門進(jìn)行抽采。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果分析

10702工作面為15301工作面下方對(duì)應(yīng)的7＃煤層工作面。15301底抽巷位于5－3＃煤層和7＃煤層之間,故該巷道即是15301底抽巷同時(shí)也是10702頂抽巷,故選擇10702工作面頂抽巷右?guī)?號(hào)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)施工試驗(yàn)鉆孔和對(duì)比鉆孔各3個(gè),孔徑均為94mm,鉆孔具體參數(shù)見表1。

表1　10702頂抽巷右?guī)?號(hào)鉆場(chǎng)鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)打鉆情況,對(duì)鉆孔完成后統(tǒng)一連抽,對(duì)比組鉆孔不排水,試驗(yàn)孔連接上該裝置,每天進(jìn)行一次排水,排水后20min對(duì)單孔和支管濃度進(jìn)行測(cè)定,連續(xù)觀測(cè)14d,結(jié)果如圖2所示,對(duì)比組鉆孔隨著時(shí)間增加,孔內(nèi)積水不斷增加,5d以后單孔濃度和瓦斯抽采量均不斷降低,出現(xiàn)濃度升高次數(shù)相應(yīng)減少,濃度增加時(shí)間相對(duì)集中在前5d,且增加濃度較小,最高單孔瓦斯?jié)舛葹?0%,單孔瓦斯抽采純量為0.47m3/min。而安裝了排水裝置的試驗(yàn)組鉆孔在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)單孔瓦斯?jié)舛群屯咚辜兞慷继幵谳^高水平,且10d以后濃度衰減才開始較為明顯,在前10d普遍存在濃度回升現(xiàn)象,最高單孔瓦斯?jié)舛冗_(dá)到87%,單孔瓦斯抽采純量高達(dá)0.63m3/min,相比對(duì)比鉆孔高1.34倍。

5　結(jié)語(yǔ)

分析了現(xiàn)有下行孔瓦斯抽采存在積水影響問題,結(jié)合發(fā)耳煤礦具體情況,研制出了壓風(fēng)排水裝置。介紹了壓風(fēng)排水裝置原理及使用方法,該裝置現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用解決了該礦下行孔瓦斯抽采孔積水問題。該裝置能實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用,多次排水,操作安全、簡(jiǎn)單,不需要購(gòu)買過多過大的其他設(shè)備,為煤礦瓦斯治理節(jié)約了成本。

圖2　單孔瓦斯抽采濃度變化圖

和對(duì)比孔相比,試驗(yàn)鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采純量都保持在較高水平,試驗(yàn)孔濃度衰減時(shí)間推后了5d左右,且衰減之后仍然有上升趨勢(shì),衰減速率小于對(duì)比孔。試驗(yàn)孔單孔濃度高達(dá)87%,最大單孔純量為對(duì)比孔的1.34倍,較為明顯地改善了瓦斯抽采濃度,提高了鉆孔利用效率。

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(責(zé)任編輯張艷華)

Applicationofwaterdrainingequipmentinthedownhole toimprovegasdrainageinFa＇erCoalMine

SunShouyi1,2,HuangLiang1,3,4,LiXijian1,3,4,HeDenghua2,WangWei2,WangChaoqun2
(1.CollegeofMiningEngineering,GuizhouUniversity,Guiyang,Guizhou550025,China; 2.GuizhouFa＇erCoalIndustryCo.,Ltd.,Liupanshui,Guizhou756404,China; 3.EngineeringCenterofMiningandSafetyTechnologyforComplicatedGeologicalMines, Guiyang,Guizhou550025,China; 4.GuizhouProvincialKeyLaboratoryofComprehensiveUtilizationofNonmetallic MineralResources,Guiyang,Guizhou550025,China)

AbstractInordertosolvetheproblemsthatpondingwaterinthedownholeaffectedthegasdrainage,theexistingissuesofgasdrainageinthedownholewereanalyzedintheFa＇erCoalMineandthe waterdrainingequipmentbycompressedairwaspresented.Thepracticeofwaterdrainingequipmentby compressedairinthe10702roofdrainageroadwayofFa＇ercoalmineshowsthatthegasconcentrationof experimentalholereachesupto87%,thegasflowofgasdrainageinthesingleholereachesupto0.63 m3/min,whichis1.34timesofgasflowofordinaryhole.Theapplicationofwaterdrainingequipment effectivelysolvedtheproblemsthatpondingwaterinthedownholeaffectedthegasdrainage.

Keywordsgasdrainage,downhole,waterdrainingbycompressedair,waterdrainingequipment

中圖分類號(hào)TD713.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

項(xiàng)目基金:?貴州省重大應(yīng)用基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(Z143160),貴州省科技廳工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目(Z113166),貴州省教育廳項(xiàng)目(Z134016),貴州發(fā)耳煤礦保護(hù)層開采效果研究(H140670),貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(研理工2015070)

作者簡(jiǎn)介:孫守義(1965－),男,現(xiàn)任兗礦集團(tuán)貴州能化有限公司貴州發(fā)耳煤業(yè)有限公司董事長(zhǎng),貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院碩士研究生校外導(dǎo)師,長(zhǎng)期從事煤礦開采與礦山災(zāi)害防治方面的研究。