豐匯煤礦采西4#鑒定巷高壓水力排渣方案

目錄一、實施背景1二、作用機理1三、工藝流程3四、技術(shù)要求6五、效果指標8六、安全措施9七、防治瓦斯超限措施12八、其他14附表14一采西4鑒定巷高壓水力排渣方案一、實施背景一采西4鑒定巷位于礦井西南部，揭煤地點北靠近馬家溝向斜軸部，加之煤層埋深大，地應(yīng)力大，瓦斯壓力大，瓦斯含量高，煤層透氣性差，難以抽采。若采取單一的預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施，抽采周期長，預(yù)抽效果差。高壓水力排渣增透抽采瓦斯防突措施是一種行之有效的防突措施。參照外礦經(jīng)驗，結(jié)合本礦條件，擬在揭煤工作面底板距煤層頂板的最小法向距離5M以前，在實施預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施的同時，實施高壓水力排渣局部防突措施，邊打邊抽，邊排邊抽，從而達到快速消突安全揭煤之目的。另一方面，我礦轉(zhuǎn)為深部開采后，煤巷月進尺不足50M，回采工作面接替面臨脫節(jié)的局面。在調(diào)整優(yōu)化采掘部署的基礎(chǔ)上，如水力排渣防突措施在煤巷掘進工作面能夠得以成功推廣應(yīng)用，將對礦井實現(xiàn)安全高效穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有十分重要的意義。二、作用機理瓦斯、地應(yīng)力和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等多種因素的共同作用導(dǎo)致煤與瓦斯突出，突出的動力是煤巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能。水力排渣過程就是煤體破壞剝落，應(yīng)力狀態(tài)改變，煤體空隙、裂隙增加，透氣性增加，瓦斯大量釋放的過程。水力排渣用于石門揭煤是以留設(shè)5M巖柱作為安全屏障，向突出煤層打鉆，見煤后利用高壓水射流沖擊煤體，使煤層突出能量在可控的條件下緩慢釋放，逐漸形成若干直徑較大的孔洞。排渣過程中孔洞周圍煤體向鉆孔軸向移動，引起煤體的膨脹變形和煤層頂、底板巖石的顯著變形，頂、底板間向孔道方向出現(xiàn)相向位移，從而破壞煤體原應(yīng)力平衡狀態(tài)，促使應(yīng)力狀態(tài)重新分布，集中應(yīng)力帶前移，孔洞周圍地應(yīng)力減低。煤層中新裂縫的產(chǎn)生和應(yīng)力水平的降低打破了瓦斯吸附與解吸的動態(tài)平衡，瓦斯解吸和排放速度加快，使部分吸附瓦斯轉(zhuǎn)化成游離瓦斯，而游離瓦斯則通過裂隙運移得以排放，大幅度地釋放了煤體及圍巖中的彈性潛能和瓦斯膨脹能，煤層瓦斯透氣性顯著提高。水力排渣過程排出了大量的瓦斯和一定數(shù)量的煤炭，因此在煤體中形成一定的卸壓、排放瓦斯區(qū)域。在這個安全區(qū)域內(nèi)，水力排渣既消除了突出的動力，又改變了突出煤層的性質(zhì)，因而破壞了突出發(fā)生的基礎(chǔ)條件，起到了有效的防治突出效果。水力排渣本孔與鄰孔QT關(guān)系圖見圖一。T（H）Q（L/MIN）水力孔臨近孔Q（L/MIN）抽采純量T（H）時間圖一水力排渣本孔與鄰孔QT關(guān)系圖三、工藝流程1、設(shè)備及管路選型（1）鉆機選用ZDY4000S型煤礦用全液壓坑道鉆機，鉆桿直徑73MM，擴孔鉆孔鉆頭直徑113MM，透孔鉆頭直徑94MM，套管直徑108MM。（2）鉆沖一體化裝置（礦用水力排渣裝置）選用KSC13012高低壓自動轉(zhuǎn)換水力沖孔裝置，泵壓分12MPA和19MPA高低兩檔，鉆頭為自動轉(zhuǎn)換鉆頭，成孔、擴孔一次成型。（3）高壓水表選用SGS雙功能高壓水表，壓力025MPA，流量025M3。供水管路選取32MM高壓膠管。（4）排渣三通、密封防噴裝置、氣水煤分離器、集氣箱、積水箱，自制。2、布孔方法水力孔利用預(yù)抽鉆孔或在預(yù)抽鉆孔之間相間品字形布孔，同排（行）相隔2個孔布置一個。鄰孔采取加密觀測，通過觀測鄰孔瓦斯?jié)舛?、流量變化情況，驗證排渣效果，從而確定水力排渣的有效影響半徑，以進一步優(yōu)化布孔和排渣參數(shù)。3、施工工藝孔口安設(shè)三通套管，巖柱初始段下2M長固結(jié)套管，并外露04M以便安設(shè)孔口三通和孔口防噴裝置，套管與鉆孔之間采用AB料固孔。固結(jié)套管管口與鉆桿之間的空隙采用組合法蘭盤密封防噴。通過孔口三通90MM支管將瓦斯、水、煤渣引入水封式氣水煤分離器中。氣水煤分離器分離的瓦斯含有大量水汽，經(jīng)過集氣筒上的90集氣管進入密閉式集氣箱進行水氣分離，密閉式集氣箱上的90MM集氣管與325MM抽采管聯(lián)通，集氣箱底部收集的冷凝水通過108MM管路流入積水箱內(nèi)。積水箱底部設(shè)放水閥。汽水煤分離器分離的渣水靠自重分離到鐵桶內(nèi)，鐵桶桶壁08M高度位置焊接108溢流管。溢流時水通過管路依次流入1沉淀池、2沉淀池、水倉內(nèi)。氣水煤分離器的集氣筒底部焊接3個支腿，支腿底部用螺栓固定在鐵桶桶底。掘進迎頭6M留設(shè)1M高臺階，臺階底板并排鋪設(shè)3M長坑木4根，間距1M，硬化02M厚，向外有一5流水坡度。緊鄰臺階砌筑沉淀池，規(guī)格長50M寬2M深05M。沉淀池四周應(yīng)用砌塊砌墻并用水泥砂漿進行粉刷，底板澆筑混凝土01M厚，中間隔墻05M高，外墻高065M，兩道墻上靠幫留出水口，規(guī)格寬02M，高01M。沉淀池上并排鋪設(shè)5CM厚木板2塊，用鋼管做攔桿防止人員失足落水。外墻外砌筑梯道，方便人員上下。水倉利用一采西迎頭已做水倉，規(guī)格長42M寬4M深15M。沉淀池和水倉之間靠幫挖毛水溝，規(guī)格寬03M高02M。F05時，泵壓取12MPA，流量取125L/MIN；F05時，泵壓取19MPA，流量取200L/MIN。水力排渣后，采用臨時封孔器封孔進行瓦斯抽采，抽采時間不少于24H，然后再用封孔材料進行永久封孔。4、排渣順序水力排渣鉆孔終孔位置位于巷道輪廓線外35M處，根據(jù)影響范圍可布置排渣鉆孔610個，在石門工作面的中央布置一個檢查孔。為避免各孔之間的卸壓干擾，應(yīng)先排巷道斷面外的對角孔，再排中間孔，最后排斷面內(nèi)的鉆孔。水力排渣設(shè)備及管路布置示意圖見圖二。5、水力排渣消突有效影響半徑測定（1）流量測定法根據(jù)瓦斯徑向流動理論，瓦斯將由壓力大的地方向壓力小的地方運移，由于空洞周圍卸壓范圍煤體內(nèi)的裂隙進一步擴大，煤層透氣性系數(shù)提高，瓦斯抽放量大幅提高。故可以對比分析排渣前后鉆孔瓦斯抽放濃度的大小來判別高壓水射流的影響范圍，即排渣有效半徑的距離。以此為依據(jù)，將水力排渣的鉆孔作為被考察孔布置在中央，其他考察孔布置在四周，其中相臨抽放孔1個，隔一個抽放孔2個，隔2個抽放孔1個。先施工考察孔，每完成一個鉆孔立刻進行連抽，測定鉆孔瓦斯的濃度和流量。最后施工被考察孔，進行水力排渣。開始排渣時每隔5MIN測定一次考察孔的鉆孔流量，共測定至少5次。（2）壓力測定法在流量法測定排渣有效影響半徑的基礎(chǔ)上，選定周邊2個抽放孔作為考察孔，采用壓力測定法對流量法測定的有效影響半徑進行驗證。測定方法及頻次同流量測定法。四、技術(shù)要求1、影響排渣效果的要素水量、水壓、排渣鉆頭孔眼設(shè)計、鉆桿直徑與孔徑差、煤的堅固性系數(shù)等。供水量不變時，孔眼個數(shù)越少、孔眼直徑越小，水壓越大，排渣越多，如果鉆桿直徑與孔徑差過小，容易堵塞鉆孔，造成噴孔或埋鉆；反之，供水量不變時，孔眼個數(shù)越多、孔眼直徑越大，水壓越小，排渣越少，甚至排不出渣。煤越硬，需要的水量越大、水壓越高、鉆桿直徑與孔徑差越大。2、高壓水管、高壓壓力表、高壓閘閥、高壓水辮、鉆桿承壓能力應(yīng)與高壓水泵的壓力相匹配，且不低于高壓水泵的壓力。3、高壓管、水辮、鉆桿等接頭必須加裝密封裝置，減少漏水，附圖二水力沖孔設(shè)備及管路布置示意圖水倉2沉淀池1沉淀池礦用水力沖孔裝置鉆機密封法蘭盤水煤氣分離裝置集氣箱積水箱排渣三通水辮90高壓壓力表13108941081083232水溝1310894AA108高壓水表水泵確保高壓泵壓力不小于18MPA。4、排渣地點20M范圍內(nèi)應(yīng)安設(shè)高壓抗震壓力表和卸壓閥，合理控制排渣壓力，并滿足快速卸壓需要。5、利用穿層鉆孔高壓水力排渣，可根據(jù)單孔排出煤量等效果判斷，確定排渣間隔一個孔或兩個孔，但應(yīng)保證鉆孔間不存在空白帶。6、孔口防噴裝置和氣水煤分離器完善可靠，避免瓦斯泄漏超限。7、施工后噴孔嚴重的應(yīng)進行臨時封孔預(yù)抽，再次啟封排渣前應(yīng)重新透孔，然后實施高壓水力排渣。8、高壓水力排渣后的穿層鉆孔應(yīng)嚴格按照“兩堵一注”封孔的方式實施帶壓封孔。9、高壓水力排渣過程中出現(xiàn)相鄰鉆孔沖透串孔時，本鉆孔停止排渣，下一排渣鉆孔應(yīng)間隔一定距離。10、氣水煤分離器的煤應(yīng)由專人隨時撈出裝入編織袋內(nèi)，裝滿后及時扎口并計數(shù)。一級沉淀池和二級沉淀池挖出的煤泥也要裝袋計數(shù)。一個沉淀池清挖時必須使用另一個沉淀池。11、應(yīng)建立高壓水力排渣管理臺賬，詳細記錄鉆孔孔號、班次、見煤深度、穿煤長度、排渣壓力、排渣時間、排出煤量等參數(shù)以及排渣操作人員等內(nèi)容。12、高壓水力排渣鉆孔單列或單組總排出煤量應(yīng)在鉆孔竣工圖上詳細標注。五、效果指標1、傾角在0及以上的穿層鉆孔，排出煤量應(yīng)達到平均控制煤體煤量的610。2、傾角在0以下的穿層鉆孔，排出煤量應(yīng)不小于平均控制煤體煤量的3。3、按照每個孔排出煤量累計相加，計算排出煤量與措施控制范圍內(nèi)的煤儲量的比值，作為排出煤量考核指標。4、嚴禁以排代抽，排渣指標不得作為消突指標，排渣地點必須嚴格按照規(guī)定進行抽采達標評判。六、安全措施1、高壓泵站距離排渣地點不小于50M，附近5M范圍內(nèi)必須安設(shè)甲烷傳感器。高壓泵站以及其他所有電氣設(shè)備必須實現(xiàn)甲烷電、風(fēng)電閉鎖。2、工作地點附近安設(shè)直通調(diào)度室的電話，確保通訊暢通，供水、供電、通風(fēng)以及瓦斯監(jiān)測等方面一切正常。3、排渣地點壓風(fēng)自救裝置無風(fēng)、風(fēng)量不足、消防設(shè)施、滅火器材及安全設(shè)施不到位時，嚴禁開鉆。4、排渣前檢查鉆場工作面圍巖及頂板支護情況，隨時進行敲幫問頂。鉆機、水泵擺放平穩(wěn)，打牢壓緊。各類電氣設(shè)備、管線、鉆桿、工具要放在巷道的同一側(cè)，分類碼放，吊掛整齊。5、作業(yè)人員必須衣扣整齊，燈帶系好，開鉆后與鉆機保持一定距離。打鉆排渣作業(yè)時兩金屬物不準互相撞擊。6、排渣鉆場地點必須設(shè)專職瓦檢員，且在排渣地點懸掛便攜式甲烷、一氧化碳報警儀?；仫L(fēng)流中甲烷濃度達到08時立即停止作業(yè)，撤出人員并匯報調(diào)度室。7、排渣過程中必須隨時對孔口的甲烷濃度進行檢查，以鉆孔為圓心，半徑04M，距巖壁06M以外，瓦斯?jié)舛炔坏贸^08，距巖壁0206M以內(nèi)，瓦斯?jié)舛炔坏贸^2（距巖壁02M以內(nèi)不做限制），否則必須停止打鉆，撤出人員。8、鉆機要穩(wěn)牢固，防止高壓排渣時鉆機移動或傾倒。9、開鉆前，至少開泵試運轉(zhuǎn)1次，檢查系統(tǒng)的可靠性。檢查鉆機是否運轉(zhuǎn)正常，高壓水管路是還連接緊密牢固，保證高壓水管路每個連接處都有“U”卡，不得用螺栓代替。10、采用鉆機推動鉆桿排渣時，應(yīng)首先檢查確認鉆桿、高壓膠管、高壓水辮等處是否連接牢固、固定可靠。待高壓水泵出水壓力達到要求后，開動鉆機勻速推進鉆桿進行排渣作業(yè)。11、在操作排渣過程中嚴格控制鉆機加壓量，保證不因壓力過大導(dǎo)致鉆孔偏斜、鉆桿夾死，或堵塞鉆頭（打悶）。出現(xiàn)動力現(xiàn)象（如頂鉆、夾鉆、噴孔等），必須停止排渣。12、排渣時，所有人員嚴禁站在鉆機后方，防止回轉(zhuǎn)器卡不牢鉆桿時，鉆桿快速退出傷人。13、排渣過程中要反復(fù)進退鉆桿，盡可能多排煤，并注意觀察鉆孔是否正常出水和煤，防止摩擦產(chǎn)生高溫引燃瓦斯、煤塵。排渣確實困難時，不準硬給壓力，應(yīng)繼續(xù)進行反復(fù)排渣。14、排渣時應(yīng)分段排，均勻鉆進。鉆機推進完一根排渣鉆桿時，若孔口仍有大量的煤渣排出，應(yīng)緩慢推拉鉆桿直到鉆孔內(nèi)返水量正常，且排出煤渣顯著減少后，方可結(jié)束該根鉆桿的排渣作業(yè)。15、應(yīng)在鉆孔返水正常時接卸鉆桿，以防止堵孔和卡鉆。鉆孔出現(xiàn)淤煤堵塞現(xiàn)象時，必須查清原因進行處理，淤煤排出后方可繼續(xù)排渣。16、不得帶壓拆接高壓管路、鉆桿，拆接時必須先關(guān)停高壓水，待排渣三通排出停止時方可取開鉆桿（卸壓后）。在人工取下鉆桿及加鉆桿時，鉆機的控制開關(guān)必須打到停止位置，不得違章作業(yè)。必須采用鉆機排渣，嚴禁人工排渣。17、排渣過程中要設(shè)專人觀察鉆孔的出水和排渣情況，嚴禁人員正對排渣鉆孔站立和行走。發(fā)現(xiàn)鉆孔停止排出水、煤、有毒有害氣體涌出、噴孔等異常情況時，必須停止打鉆，停電撤人，采取措施進行處理，并向調(diào)度室匯報。18、排渣過程中應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件和巷道布置情況控制單孔排出煤量，以防止排渣空洞過大、避免后期掘進支護困難。19、高壓水力排渣作業(yè)前應(yīng)做好預(yù)知預(yù)判，水力排渣作業(yè)期間，對可能影響的巷道，必須嚴格執(zhí)行站崗警戒、撤人斷電制度，避免無關(guān)人員誤入排渣影響區(qū)域。20、排渣地點的回風(fēng)系統(tǒng)存在冒頂、片幫、斷面不足、回風(fēng)不暢等重大安全隱患，必須及時組織處理，修復(fù)之前嚴禁進行高壓水力排渣作業(yè)。21、實施水力排渣期間，兩道風(fēng)門以里嚴禁從事其他擾動煤體的作業(yè)活動。22、氣水煤分離器分離出的煤渣應(yīng)及時裝袋碼放整齊，裝車運走，不得影響通風(fēng)、施工和人員通行。施工后方靠幫挖水溝，附近底板應(yīng)平整并向水溝方向留設(shè)不小于10的流水坡度。23、每班排渣情況由當(dāng)班組長填好排渣記錄，做到詳細準確。24、施工單位必須有管理人員現(xiàn)場跟班指揮。七、防治瓦斯超限措施（一）原因分析1、穿層鉆孔初見煤體或進入軟煤發(fā)育區(qū)時，由于鉆孔打破了原有瓦斯賦存平衡狀態(tài)，致使煤層中大量的高壓瓦斯瞬間解吸，噴出鉆孔引起瓦斯超限。2、軟煤發(fā)育區(qū)瓦斯含量高，鉆孔塌孔嚴重，積渣堵塞鉆孔后排渣不利，當(dāng)壓力聚積到一定程度后，煤渣與瓦斯突然噴出，引起瓦斯超限。3、鉆機退鉆過程中，由于退鉆速度快，大量的瓦斯和煤體快速涌出，引起瓦斯超限。4、穿層鉆孔進行水力排渣期間，由于高壓水體快速剝離煤體，大量的瓦斯及煤渣在高壓水流的作用下瞬間噴出鉆孔，引起瓦斯超限。5、打鉆期間不使用防噴裝置，造成噴孔時瓦斯直接進入巷道風(fēng)流中，引起瓦斯超限。6、防噴裝置抽采連接管管徑細或防噴裝置與鉆桿接觸區(qū)域封閉不嚴等原因，造成噴孔時部分瓦斯進入巷道風(fēng)流中，引起瓦斯超限。7、巷道配風(fēng)量小，不能有效稀釋打鉆期間涌出的瓦斯，引起瓦斯超限。（二）防治措施1、管理措施（1）通風(fēng)系統(tǒng)合理可靠。（2）探測煤層和瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，弄清瓦斯賦存狀況。（3）瓦斯監(jiān)控有效可靠。（4）加強電氣設(shè)備管理，杜絕失爆。（5）加強打鉆地點的監(jiān)督檢查，確保措施到位。（6）加強防突培訓(xùn)，提高安全防護意識。2、技術(shù)措施（1）保證施工地點配風(fēng)量。（2）確保鉆孔排渣全程連抽。（3）使用防噴裝置。（4）提高各連接部位密封性能。（5）合理安排鉆孔施工順序，充分利用已連抽鉆孔的卸壓作用，降低噴孔強度。（6）增加氣水煤分離器抽采三通。（7）排渣過程中，根據(jù)鉆孔瓦斯涌出情況及時調(diào)整鉆進速度。（三）處置措施1、打鉆期間發(fā)生噴孔時，必須立即停鉆，且不得拔出鉆桿，1小時后待瓦斯涌出穩(wěn)定，方可重新開鉆。2、水力排渣期間，造成瓦斯超限時，必須立即停泵、停水，待瓦斯涌出穩(wěn)定后，方可恢復(fù)正常工作。3、瓦斯超限后，必須按措施規(guī)定立即斷電、撤人、匯報，風(fēng)流瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常后，人員方可進入工作。4、打鉆和排渣期間，嚴禁人員正對鉆孔，防止噴孔傷人。5、打鉆和排渣期間瓦斯超限后，要認真進行原因分析，采取針對性措施，并形成分析報告