底板抽放巷在瓦斯治理中的應(yīng)用及問題研究設(shè)計專題報告

底板抽放巷在瓦斯治理中的應(yīng)用及問題研究摘要：為了降低單一突出煤層煤巷掘進(jìn)突出危險性，研究了運用煤層底板抽放巷穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯為主的區(qū)域消突措施，通過增加煤層透氣性和合理布置鉆孔位置，使煤層卸壓，瓦斯含量與壓力降低，改變煤體應(yīng)力分布，消除突出危險性。在穿層預(yù)抽鉆孔的工過程中，進(jìn)行了預(yù)裂爆破、高壓沖孔等增透技術(shù)的研究，提高了煤層的透氣性，增加了瓦斯抽采量，區(qū)域瓦斯治理效果明顯。關(guān)鍵詞：底抽巷穿層預(yù)抽增透鉆孔一巷兩用0概況瓦斯抽采是區(qū)域瓦斯治理技術(shù)的關(guān)鍵，有效地抽出開采區(qū)域內(nèi)的瓦斯，對于降低瓦斯壓力、消除煤與瓦斯突出有著重要的作用。在防治煤與瓦斯突出規(guī)定頒布實施以后，明確要求突出煤層必須按照一定的順序選取區(qū)域瓦斯治理措施。其中，頂?shù)装鍘r巷穿層抽采技術(shù)是其中一項重要的內(nèi)容，頂?shù)装鍘r巷穿層預(yù)抽技術(shù)是通過在施工的頂?shù)装鍘r巷內(nèi)向采掘作業(yè)范圍內(nèi)的煤體中施工預(yù)抽鉆孔，在不擾動突出煤層的情況下，通過預(yù)抽提前消除煤與瓦斯突出危險。因此，鉆孔的預(yù)抽效果直接決定了區(qū)域瓦斯治理的成敗。在煤礦開采過程中，隨著開采深度增加和開采強(qiáng)度增大，煤層瓦斯含量和地應(yīng)力增大，突出危險程度更為嚴(yán)重；伴隨有災(zāi)害強(qiáng)度大，防治困難和災(zāi)害損失嚴(yán)重等特點。原有的排放鉆孔、卸壓鉆孔、淺孔松動爆破、邊掘邊抽等接觸式局部瓦斯治理措施，已不能有效地解決措施施工和掘進(jìn)相集中的問題，致使采掘失調(diào)。根據(jù)多年的實踐和現(xiàn)場應(yīng)用證明，區(qū)域瓦斯治理能夠更有效地進(jìn)行消突和防突，由區(qū)域治理代替局部瓦斯治理，由接觸式向非接觸式、由局部預(yù)測預(yù)報向區(qū)域性安全評價轉(zhuǎn)換，是解決一切問題的關(guān)鍵。瓦斯突出多數(shù)發(fā)生在煤巷掘進(jìn)頭，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示占所有突出次數(shù)的70.2%，煤巷掘進(jìn)過程中頻繁的突出成為制約礦井安全的主要因素。通過底抽巷向采掘區(qū)域施工抽采鉆孔，預(yù)抽采掘進(jìn)迎頭瓦斯，降低掘進(jìn)范圍內(nèi)的煤與瓦斯突出危險，對于煤巷的安全快速掘進(jìn)具有重要作用。底抽巷為上、下兩個工作面回采巷道掘進(jìn)服務(wù)，經(jīng)受多次采動影響，圍巖變形比較嚴(yán)重，維護(hù)比較困難，通過改變底抽巷炮掘施工工藝方式、提高支護(hù)強(qiáng)度和加強(qiáng)頂板管理等在底抽巷圍巖控制中取得了良好的效果。瓦斯抽采是防治瓦斯災(zāi)害的主要措施先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的瓦斯防治十二字方針和“通風(fēng)可靠、抽采達(dá)標(biāo)、監(jiān)控有效、管理到位”的瓦斯綜合治理“十六字”工作體系明確了瓦斯抽采在瓦斯治理中的基礎(chǔ)地位．目前，我國絕大部分突出礦井和高瓦斯礦井都建立了地面瓦斯抽采系統(tǒng)或井下移動瓦斯抽采系統(tǒng)，由于在抽采成本控制、抽采工期以及抽采效果等方面存在的一些問題，導(dǎo)致一些煤礦抽采系統(tǒng)建設(shè)不合理，抽采效果不明顯，有些甚至成為了擺設(shè)．如何通過提高抽采巷道的利用效率來降低瓦斯抽采成本、提高瓦斯抽采效果是值得探討的問題。本文在對底抽巷和“一進(jìn)雙回”工作面外側(cè)回風(fēng)巷3種典型巷道抽采方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的“一巷兩用”瓦斯抽采技術(shù)，即在實現(xiàn)巷道原有瓦斯抽采功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)另一種瓦斯抽采功能，以提高瓦斯抽采巷道的利用率。1條帶區(qū)域防突機(jī)理目前區(qū)域防突技術(shù)只有開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩大類。開采保護(hù)層是最有效的防突措施，但對于單一厚煤層來說，缺乏開采保護(hù)層的條件，所以只能采用預(yù)抽煤層瓦斯措施。底板抽放巷穿層鉆孔條帶區(qū)域預(yù)抽是通過向突出煤層巷道及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)打大量的密集鉆孔使煤體區(qū)域卸壓，同時抽放瓦斯釋放其潛能，然后再經(jīng)過較長時間的預(yù)抽煤層瓦斯使瓦斯壓力與瓦斯含量進(jìn)一步降低，并由此引起煤層的收縮變形、地應(yīng)力下降、透氣系數(shù)增高、地應(yīng)力與瓦斯壓力梯度減小和煤的普氏系數(shù)增加等變化，從而達(dá)到消除在煤巷掘進(jìn)過程中突出危險性目的。提高瓦斯抽放率是制約瓦斯抽放的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，煤層瓦斯抽放效果的主要因素除了煤層本身含瓦斯條件外，還取決于煤層透氣性及鉆孔工藝參數(shù)、鉆孔孔底間距。鉆孔孔徑根據(jù)技術(shù)水平、煤體硬度及抽放半徑確定，選擇75～110mm為宜；抽放時間和有效抽放半徑成正相關(guān)關(guān)系。鉆孔經(jīng)過有效抽放周期3～6月后，瓦斯抽放效率逐漸降低，可采取深孔預(yù)裂爆破、水力沖孔、煤層注水等增透技術(shù)提高煤層透氣性系數(shù)和瓦斯抽放率。選擇最佳的抽放鉆孔參數(shù)對提高煤層瓦斯抽放率具有重要的意義。穿層預(yù)抽鉆孔增透措施目前大多數(shù)高瓦斯礦井的煤層透氣性差，為提高瓦斯抽采效果，必須采取針對性的增透技術(shù)措施。國內(nèi)在增加煤層透氣性方面試驗了水力壓裂法、水力割縫法、水力空穴法、深孔預(yù)裂爆破法、靜電法等，雖有一定效果，但因機(jī)具等方面的原因存在一定的不足；現(xiàn)在主要采取增加鉆孔在煤層內(nèi)的暴露面積、布孔密度和立交鉆孔等措施。與國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研究比較，焦作礦區(qū)煤層無法實現(xiàn)層外抽放技術(shù)措施，結(jié)合焦作礦區(qū)的煤層賦存特點，在提高煤層透氣性方面進(jìn)行的研究，包括提高鉆孔有效影響半徑和改變煤體裂隙發(fā)育狀態(tài)等方面。大直徑鉆孔試驗、變徑擴(kuò)孔試驗等屬于提高鉆孔有效影響半徑的方式，深孔預(yù)裂爆破則屬于提高煤體裂隙發(fā)育程度的方式。在巖巷施工預(yù)抽鉆孔期間，選擇鉆孔分別采取預(yù)裂爆破、高壓水沖孔等不同技術(shù)進(jìn)行煤層增透試驗。3預(yù)裂爆破增透技術(shù)預(yù)裂爆破增透技術(shù)是通過在穿層鉆孔內(nèi)放入藥卷，有控制地進(jìn)行深孔內(nèi)爆破，之后對爆破范圍內(nèi)的穿層鉆孔進(jìn)行強(qiáng)化抽采。綜合爆破作用的各學(xué)派觀點認(rèn)為，在低透氣性煤層中的爆破作用表現(xiàn)在以下幾個方面：爆破沖擊波(應(yīng)力波)的作用，在于使煤巖體中產(chǎn)生裂紋，將原始損傷裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展；爆生氣體的作用，楔入煤巖體，使節(jié)理、裂隙、孔隙貫通，降低瓦斯壓力；爆炸能量和爆炸熱對煤體加熱，促進(jìn)吸附瓦斯轉(zhuǎn)化為游離瓦斯。炮孔裝藥結(jié)構(gòu)是預(yù)裂爆破法致裂過程中的關(guān)鍵一環(huán)，它直接關(guān)系到爆破致裂的效果。為提高爆破效果，研究了優(yōu)化的裝藥工藝和爆破方式。裝藥時用竹板上、下錯步扣住藥卷，炸藥卷與炸藥卷之間必須彼此接觸，從預(yù)裂管和炸藥頂端開始敷設(shè)導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索和炸藥要緊密接觸。封孔段用黃沙和黃泥進(jìn)行充填。3.1深孔控制爆破的實施3.1.1孔徑的選擇孔徑的大小直接影響鉆眼效率、鉆孔數(shù)目、炸藥單耗和裂紋擴(kuò)展數(shù)目。根據(jù)煤層和圍巖的巖性、盡可能形成更大的范圍的貫通裂隙的要求以及打鉆設(shè)備的能力、炸藥性能等加以綜合分析和選擇。根據(jù)平煤股份公司各礦經(jīng)驗、鉆具和八礦幾十年的爆破經(jīng)驗，爆破孔孔徑為Φ75mm。控制孔直徑對提高煤層透氣性的作用在一定范圍內(nèi)是有限的。受現(xiàn)場打鉆設(shè)備和工藝安全(孔徑過大容易引起塌孔、卡鉆等事故)以及地質(zhì)因素的限制，一般在70～150mm之間可達(dá)到導(dǎo)向和補(bǔ)償作用。根據(jù)類似礦井條件經(jīng)驗和八礦的實際情況，試驗孔徑取Φ75mm。3.1.2鉆孔深度井下在防治瓦斯突出中應(yīng)用的順層布置鉆孔，深度可以達(dá)到50～160m。根據(jù)試驗區(qū)工作面的具體情況，主要為解決風(fēng)巷掘進(jìn)期間煤與瓦斯，在高位巷布置穿層鉆孔，孔深15～30m，控制風(fēng)巷上幫20m、下幫10m的條帶區(qū)域。3.1.3爆破孔與控制孔間距當(dāng)煤層條件一定時，孔間距的大小應(yīng)與爆破孔和控制孔的直徑相匹配，在一個較合理的范圍內(nèi)，才有利于裂隙的形成和發(fā)展，有利于提高煤層的透氣性。合適的間距應(yīng)使爆破孔和控制孔間形成貫穿裂縫。深孔控制預(yù)裂爆破引起煤產(chǎn)生裂隙，形成裂隙圈，提高了煤層透氣性。但由于煤層瓦斯的壓差和其流動性，使預(yù)裂爆破的抽放半徑(影響半徑)大于裂隙圈的半徑。根據(jù)現(xiàn)場實際爆破經(jīng)驗爆破孔和控制孔間距為4～8m。3.1.4爆破裝藥參數(shù)確定在現(xiàn)場試驗中，根據(jù)實際情況，選用了三級煤礦許用水膠炸藥Φ30mm×330mm，凈重330g。采用穿層鉆孔，孔口為巖石段，孔底及中部為煤層，封孔較容易，為更好的對煤體進(jìn)行松動，選用正向起爆。炸藥單耗量0．95kg/m；爆破孔裝藥段要求進(jìn)入煤層頂板巖石1m，單孔裝藥長度一般為6～8m，單孔裝藥量在5．7～7．6kg；人工黃泥封孔，封孔長度8m。3.2深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的工藝流程3.2.1布孔方式掘進(jìn)工作面布置3個鉆孔，如圖l所示。其中爆破孔2個，控制孔1個，爆破孔與控制孔布置在同一水平，其布孔參數(shù)見表1。3.2.2爆破工藝1）打鉆：根據(jù)現(xiàn)場條件，技術(shù)人員應(yīng)準(zhǔn)確確定鉆機(jī)的位置和角度后打鉆，記錄鉆孔長度，同時確定裝藥的長度。鉆孔打好后，盡量使鉆孔煤渣排出，當(dāng)鉆桿拔出后，立即探孔驗證孔深，為防止垮孔，驗孔完畢即裝藥，其裝藥參數(shù)見表1。2）裝藥方式：每個爆破孔使用特制專用藥管進(jìn)行裝藥(控制孔不裝藥)，采用正向裝藥方式，其專用炸藥管技術(shù)性能參數(shù)如下：3）封孔方式：裝藥完畢，隨即采用專用封孔器用略潮的黃土進(jìn)行封孔，壓風(fēng)風(fēng)壓為0.4一0.6MaP。封孔時應(yīng)注意用麻袋片護(hù)住孔口，以免煤泥砂沖出傷人。4）放炮前關(guān)閉進(jìn)人該掘進(jìn)工作面巷旁抽放系統(tǒng)總閥，防止爆破孔與抽放孔溝通破壞抽放系統(tǒng)。放炮后立即打開抽放系統(tǒng)總閥進(jìn)行抽放。3.3預(yù)裂爆破增透效果3.3.1抽采瓦斯量進(jìn)風(fēng)巷8寸瓦斯抽采孔板瓦斯抽出量比預(yù)裂爆破前平均增加1019%，最大增加2115%，見圖3.2。圖3.2抽出量曲線圖3.3.2預(yù)裂爆破孔影響的范圍預(yù)裂爆破后，爆破孔以里916m、1116m處和以外4m、8m處的瓦斯抽采孔抽采量減少，其他鉆孔的抽采量都是增加的；70d后所有鉆孔的抽采量都比預(yù)裂爆破前增加，百米鉆孔瓦斯流量比預(yù)裂爆破前增大。鉆孔瓦斯抽采量變化見圖3.3。圖3.3鉆孔瓦斯抽采量變化3.3.3增透性效果爆破后，鉆孔瓦斯抽采量提高，衰減系數(shù)成倍降低，表現(xiàn)出了明顯的增透效果。試驗期間的考察曲線，如圖3.4所示。由圖3.4可以看出，爆破后較短的時間內(nèi)瓦斯抽采量增加幅度較大，雖然很快有所衰減，但衰減系數(shù)由0026~00301d-1降至00039~00054d-1，可見煤層透性系數(shù)得到了明顯增加。圖3.4爆破后的瓦斯含量4水力沖孔增透技術(shù)4.1水力沖孔工作原理水力沖孔防突措施是指在底板巖巷施工穿層鉆孔，在巖柱掩護(hù)下，使用高壓水射流沖擊鉆孔周圍的煤體，造成煤體破碎使之部分排出，煤體內(nèi)部原有的應(yīng)力和瓦斯的穩(wěn)定平衡狀態(tài)被打破，沖出大量的煤體和瓦斯，形成孔洞。在地應(yīng)力作用下，孔洞周圍煤體向鉆孔方向移動，使孔洞附近煤體卸壓，同時釋放大量瓦斯，大幅度增加孔洞周圍煤體的透氣性，有效地提高了抽放效果，起到綜合防突的作用。4.2水力沖孔工藝設(shè)備及流程水力沖孔系統(tǒng)由乳化液泵、水箱、壓力表、防噴裝置和噴頭等組成。選用額定壓力為30MPa、額定流量為200L/min乳化液泵，為便于操作和控制，乳化液泵安裝有壓力表和卸壓閥門等附件，水箱容積1000L，高壓管路選用內(nèi)徑25mm高壓膠管。水力沖孔是利用沖孔鉆具在全液壓鉆機(jī)的作用下，沖孔割刀在鉆孔內(nèi)來回運動，在高壓水射流作用下，對煤體進(jìn)行沖刷，剝落和沖出的水煤被排出。接頭密封的鉆桿當(dāng)作導(dǎo)流桿，利用高壓水表和壓力表測定沖孔水量并保持沖孔水壓。圖4.1自動變徑擴(kuò)孔增透切割鉆具示意圖4.3水力沖孔試驗4.3.1鉆孔布置選定3號、6號、7號鉆孔進(jìn)行水力沖孔，其余孔作為考察孔。鉆孔布置如圖4.2所示，每組鉆孔共設(shè)計9個鉆孔，各鉆孔采取間隔4-5m的布置方式。每組鉆孔直徑均為113mm。鉆孔采用108mm以上的鉆頭開孔，確保排渣順利。要求鉆孔必須穿透煤層的頂(底)板0.5m，施工結(jié)束后退出鉆桿。同時要安裝防噴裝置，并用錨桿固定結(jié)實。圖4.2鉆孔布置圖鉆孔施工使用SGZ-300型鉆機(jī)，采用113mm復(fù)合片鉆頭、50mm平光鉆桿壓力水排渣法鉆進(jìn)?？咨畛^50m的穿層孔使用導(dǎo)向裝置，見13-1煤時及時撤出導(dǎo)向裝置(以防埋鉆)改用水力沖孔排渣法鉆進(jìn)。4.3.2水力沖孔設(shè)備在高壓水射流鉆孔試驗中，主要設(shè)備包括：高壓水射流供水設(shè)備、高壓水射流發(fā)生設(shè)備、鉆機(jī)。高壓水射流供水設(shè)備主要包括：水箱、高壓水泵、高壓膠管、高壓水尾及鉆桿。高壓水射流發(fā)生設(shè)備主要包括：旋轉(zhuǎn)水射流鉆頭、偏置式水射流鉆頭及液壓馬達(dá)鉆具。試驗中，高壓水泵的選型比較關(guān)鍵，根據(jù)鉆孔和排渣要求，采用RB80乳化液泵，水力沖孔時將水泵的出水壓力調(diào)節(jié)為20MPa，流量約200L/min。為保證試驗過程中及時供水，水箱設(shè)計體積為3m3。試驗高壓膠管的抗壓強(qiáng)度為32MPa。水力沖孔鉆頭采用硬質(zhì)合金片鉆頭，徑向噴嘴直徑為20mm，軸向噴嘴直徑為18mm。圖4.3水力沖孔系統(tǒng)布置示意圖4.3.3水力沖孔過程本次試驗選取第47組的7號、6號、3號鉆孔進(jìn)行水力沖孔試驗，相關(guān)參數(shù)見表4.1。表4.1水利沖孔試驗孔參數(shù)沖孔前要先按設(shè)計的孔徑和角度施工鉆孔。鉆孔完成后，沖孔可先從外向里逐漸沖孔，然后再從里向外沖孔，采用邊進(jìn)邊退的方法。按單孔沖出煤量不小于單孔平均控制煤量的1%計算，單孔每米沖出煤量需達(dá)到20~30t煤，相當(dāng)于水力沖孔將113mm的鉆孔擴(kuò)為670~820mm的孔洞。為防止水力沖孔過程中瓦斯?jié)舛葒?yán)重超限，可采用間歇式?jīng)_孔。當(dāng)瓦斯體積分?jǐn)?shù)達(dá)到08%時即停止沖孔，當(dāng)瓦斯體積分?jǐn)?shù)降低為08%以下后再開泵繼續(xù)沖孔。沖孔前應(yīng)保持巷道排水的暢通，以保證現(xiàn)場有較好的工作環(huán)境。4.5水利沖孔效果分析4.5.1水力沖孔沖出煤量分析采取水力沖孔措施后，煤體被高壓水破碎并沖出煤層，鉆孔周圍的煤體向孔道方向產(chǎn)生較大幅度的位移，煤體產(chǎn)生膨脹變形和頂?shù)装彘g的相向位移。在孔道影響范圍內(nèi)地應(yīng)力降低，煤層得到充分卸壓，裂隙發(fā)育，煤層透氣性大幅度增加，瓦斯流動場擴(kuò)大。不但使煤層中瓦斯抽放總量增加，而且衰減也會降低。因此，水力沖孔的沖出煤量越大，水力沖孔在煤體中的擴(kuò)孔半徑也越大，卸壓增透的效果也就越明顯。對7號、6號和3號鉆孔進(jìn)行水力沖孔試驗時現(xiàn)場測得的沖出煤量和計算的擴(kuò)孔半徑見表4.2。表4.2水力沖孔沖出煤量及擴(kuò)孔半徑4.4.2風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸兓?010年7月12日在對第47組3號鉆孔進(jìn)行水力沖孔試驗時，在距推進(jìn)工作面6m處和回風(fēng)巷中安裝智能低濃度甲烷傳感器T1和T2作為探頭，用來監(jiān)控瓦斯?jié)舛鹊淖兓1探頭瓦斯體積分?jǐn)?shù)的變化如圖4.4所示，T2探頭瓦斯體積分?jǐn)?shù)的變化如圖4.5所示(每隔5min監(jiān)測瓦斯體積分?jǐn)?shù)平均值變化曲線)。沖孔前T1探頭瓦斯體積分?jǐn)?shù)基本穩(wěn)定在014%左右，沖孔期間瓦斯體積分?jǐn)?shù)多數(shù)在022%左右。另外，孔口巷道側(cè)附近瓦斯體積分?jǐn)?shù)一般在0.7%左右，孔口鉆場側(cè)瓦斯體積分?jǐn)?shù)超過4%，主要受風(fēng)量分布不均影響。圖4.4T1探頭監(jiān)測到的瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化曲線圖4.5T2探頭監(jiān)測到的瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化曲線4.4.3考察孔瓦斯流量變化2010年7月12日在對3號鉆孔沖孔過程中，以4號鉆孔作為察孔，考察水力沖孔過程中瓦斯流量的變化情況，考察孔在沖孔前瓦斯流量為0.15L/min，水力沖孔期間瓦斯流量的變化如圖4.6所示。該孔瓦斯流量在14：40之前瓦斯流量波動較大，分析原因可能是由于之前打穿層鉆孔后鉆孔內(nèi)瓦斯的不均勻涌出。水力沖孔剛開始時瓦斯流量穩(wěn)定在0.20L/min，最大值為0.22L/min。從圖10中可以看出，在水力沖孔初期瓦斯的涌出量明顯增大但較為穩(wěn)定。在水力沖孔的中后期卻呈現(xiàn)出劇烈的波動，原因是由于水力沖孔中后期鉆孔中的回水?dāng)y帶破碎煤體阻塞回水孔道所致。圖4.6考察孔瓦斯流量變化4.4.4抽采半徑水力沖孔抽采半徑是水力沖孔鉆孔布置的重要依據(jù)之一，研究期間，考察了水力沖孔瓦斯抽采半徑。由圖4.7及表4.3可知，9號鉆孔在沖孔抽采40d后，瓦斯壓力依然保持在1.9MPa，殘余瓦斯含量為7.9m3/t，分析認(rèn)為9號鉆孔不屬于沖孔抽采半徑范圍。2號和5號考察鉆孔隨時間增加瓦斯壓力緩慢下降。鉆孔抽采25d后，2號和5號鉆孔瓦斯壓力分別下降至1.3和0.7MPa，對應(yīng)殘余瓦斯含量分別為7.1和4.5m3/t(均小于8m3/t)；鉆孔抽采40d后，2號和5號鉆孔瓦斯壓力分別下降至0.7和0.4MPa(均小于0.74MPa)，對應(yīng)殘余瓦斯含量分別為4.5和3.0m3/t殘余瓦斯含量最高降低了70%。圖4.7抽采后瓦斯壓力圖綜合分析表明2號和5號鉆孔(2號、5號鉆孔與水力沖孔孔底間距均為4.5m)均在水力沖孔抽采半徑范圍內(nèi)。13-1煤層水力沖孔后抽采半徑為4.5m。為了達(dá)到消除煤層的突出危險性的效果，鉆孔抽采的時間最小設(shè)置為40d。表4.3瓦斯含量測定結(jié)果（m3/t）4.4.5水力沖孔前后瓦斯抽采流量對比分析圖4.8為采取水力沖孔措施后和未采取水力沖孔措施的瓦斯抽采流量與時間的變化關(guān)系。未采取水力沖孔措施的鉆孔瓦斯抽采流量由開始抽采的0.92m3/min，經(jīng)過15d的抽采后，其抽采瓦斯純流量下降至0.31m3/min，其衰減系數(shù)為0.043d-1，衰減趨勢相當(dāng)明顯。而采取水力沖孔后的瓦斯抽采的純流量由開始抽采時的1.30m3/min，經(jīng)過15d的跟蹤考察，其瓦斯抽采流量只減少了0.19m3/min，其衰減系數(shù)僅為0.014d-1，沖孔后的瓦斯流量衰減系數(shù)僅為沖孔前的1/3。根據(jù)水力沖孔前后瓦斯探頭濃度的變化可知，在水力沖孔前探頭瓦斯體積分?jǐn)?shù)為0.04%，而在水力沖孔過程中探頭瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化顯著，平均為0.41%，最高達(dá)到0.76%。沖孔過程中瓦斯流量為沖孔前的10倍以上，瓦斯抽采效果非常顯著。圖4.8沖孔前后瓦斯抽采流量對比5底板巖巷穿層鉆孔5.1底板抽放巷及抽放鉆場布置底板抽放巷布置在距煤層法線垂距23m的煤層底板內(nèi)，巷道斷面規(guī)格為3.6m，3.8m，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。為加大區(qū)域抽放力度，確保有足夠的鉆孔工程量和預(yù)抽時間，采取在掘進(jìn)底抽巷的同時每隔20m在巷道下幫開掘1個4m深的抽放鉆場，鉆場斷面規(guī)格為3.2m，3.0m，能夠滿足打鉆需要。5.2穿層抽放鉆孔布置(1)布孔原則。鉆孔應(yīng)當(dāng)在預(yù)抽區(qū)域內(nèi)均勻布置，鉆孔應(yīng)穿過煤層全厚遇見頂板為準(zhǔn)；鉆孔終孔間距應(yīng)以實測有效抽放半徑為基礎(chǔ)設(shè)計；孔徑應(yīng)盡可能大，以提高抽放瓦斯?jié)舛?；封孔?yán)密，以提高抽放效果。(2)設(shè)計方案。底抽巷內(nèi)穿層鉆孔設(shè)計、施工分前期和后期2步進(jìn)行。第一步前期預(yù)抽，主要是為煤巷掘進(jìn)防突服務(wù)。利用每隔20m掘進(jìn)的抽放鉆場打鉆對下順槽周圍煤層瓦斯進(jìn)行條帶區(qū)域預(yù)抽，在鉆場內(nèi)布置5排7列35個孔，鉆孔直徑94mm，沿煤層傾斜方向扇形布孔，鉆孔控制到順槽輪廓線外上幫20m、下幫10m范圍。鉆場、鉆孔布置如圖5.1所示。第二步后期預(yù)抽，主要是為回采防突服務(wù)。為避免打鉆與巷道出矸運輸?shù)臎_突，待底抽巷掘進(jìn)貫通形成系統(tǒng)后或煤巷進(jìn)入施工后，在底板抽放巷內(nèi)每隔10m布置1個頂板扇形抽放鉆場，每個鉆場布置11個孔，鉆孔沿煤層傾斜方向呈扇形布置，鉆孔直徑94mm，對整個工作面瓦斯進(jìn)行區(qū)域預(yù)抽，可有效解決大斜長工作面中部較難抽放的問題，鉆孔布置如圖5.2所示。圖5.1底板抽放巷鉆場內(nèi)穿層鉆孔剖面布置示意圖圖5.2底板抽放巷頂板扇形穿層鉆孔剖面布置示意圖5.3提高瓦斯抽放效果的技術(shù)措施5.3.1實施大直徑鉆孔從源頭上提高瓦斯抽放量遵循五大一深抽放模式中大鉆孔原則，開孔孔徑不得低于94mm，孔間距、排間距均為0.4m，做到橫成排縱成列，以便封孔后規(guī)范連接。實踐證明：增大鉆孔直徑可以有效提高瓦斯抽放量，過去施工的穿層孔直徑只有75mm，孔徑較小，瓦斯抽放效果不太樂觀，通過提高鉆孔直徑，單孔濃度達(dá)到了80%以上，取得了很好的抽放效果。5.3.2封孔工藝改進(jìn)創(chuàng)新眾所周知，鉆孔封孔是瓦斯抽放工作中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是直接影響抽放效果的環(huán)節(jié)。八礦以往采用的布纏鋼管倒馬麗散封孔方法效果很不理想，而且封孔長度僅6m，鉆孔抽放濃度就不高，大部分在濃度45%以下，抽放一段時間后，濃度很快就衰減到20%以下，極大程度阻礙了瓦斯抽放工作的開展。為了解決這一問題，八礦自購了多種新型封孔材料，在封孔工藝改進(jìn)方面進(jìn)行了2次創(chuàng)新，都取得了顯著效果。一是對衰減的低濃度鉆孔封孔工藝改進(jìn)提高鉆孔濃度技術(shù)創(chuàng)新，具體做法是對井下抽放濃度低于20%的所有鉆孔進(jìn)行掏孔，然后在原來封的鋼管內(nèi)重新續(xù)接1根10m長的鋁塑管，并預(yù)先對外口進(jìn)行臨時封堵，封堵后，采用專用封孔泵利用2封孔管間隙向孔內(nèi)注馬麗散重新封孔。經(jīng)過對原抽放鉆孔封孔質(zhì)量的改進(jìn)，原抽放鉆場抽放濃度提高到了30%以上。二是對新施工的瓦斯抽放鉆孔封孔工藝全面改進(jìn)，淘汰過去落后的封孔方法和封孔材料，采用特制水泡皮-馬麗散(安爾)-鋁塑管三組合封孔技術(shù)，封孔深度由6m提高到10m，封孔管徑由25mm提高到40mm，并且鋁塑管是1根整體管路，中間不存在任何接口，保證了鉆孔嚴(yán)密不漏氣，具體做法是在1根10m長的鋁塑管捆綁上5個特制水泡皮(每個特制水泡皮1.7m，為防止出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，最前端0.7m空余)，水泡皮呈兜狀捆綁，將馬麗散(安爾)按照1：1的比例調(diào)配好倒入已綁好的水泡皮內(nèi)，隨即傳入到鉆孔內(nèi)，將孔口用棉紗堵好，幾秒內(nèi)就可膨脹，完成封孔工作。為進(jìn)一步在封孔工藝上有所突破，八礦新購進(jìn)了一批不同尺寸的聚氯乙烯管和連接所需的三通、彎頭等，目前只在3203底抽巷2個鉆場進(jìn)行了試驗，由于試驗時間短，暫未發(fā)現(xiàn)問題，待成熟后再進(jìn)行推廣應(yīng)用。效果分析：通過在對3203底抽巷穿層孔封孔工藝的改進(jìn)，大幅提高了瓦斯抽放濃度，新鉆孔單孔抽放濃度均在80%以上，甚至高達(dá)100%，抽放12個月后鉆場瓦斯抽放濃度仍然保持在50%以上，抽放效果較好。實踐表明：大管徑、深封孔是提高瓦斯抽放效果最直接、最有效的措施，也是今后瓦斯抽放工作發(fā)展的必然趨勢。5.3.3集氣箱的成功應(yīng)用八礦原來使用的鉆場連接方式是在2根并行焊接的短節(jié)上焊接多個三通接頭用軟膠管與鉆孔連接。若鉆孔略有積水就會堵塞管路造成孔口負(fù)壓低，從而影響瓦斯預(yù)抽效果。針對這一問題，該礦成立了技術(shù)攻關(guān)小組，經(jīng)過不斷探討、比擬、分析，成功的研制出抽放鉆場集氣箱，該裝置能夠使鉆孔內(nèi)瓦斯、水、煤巖粉三者進(jìn)行氣、水、物自然分離，瓦斯被抽走，積水和雜物沉淀后通過排水孔排出，徹底解決了抽放鉆場、管路積水問題，保證了預(yù)抽效果。(1)結(jié)構(gòu)特點與操作程序。集氣箱由長1200mm、寬680mm、高760mm的鋼板焊接而成，在集氣箱頂部和一側(cè)焊接35個連接鉆孔的直通，箱體頂部焊接1個短節(jié)與抽放管路連接抽放，在短面1側(cè)焊接1個排氣口和放水口。連抽后安設(shè)閘閥進(jìn)行控制，需要進(jìn)行放水時，關(guān)閉鉆場閥門，打開放水閥門和排氣閥門，放水結(jié)束后，操作順序反之。(2)作用原理。鉆孔在抽放過程中，會產(chǎn)生大量的瓦斯、水和少量的煤巖粉。根據(jù)三者物理性質(zhì)，煤巖粉、水會自動沉積到箱體底部，而瓦斯密度小，漂浮在箱體頂部，在抽放負(fù)壓的作用下，隨抽放系統(tǒng)被抽走，積水和雜物沉淀后通過排水孔排出，形成氣、水、物自然分離現(xiàn)象。(3)連接方式。集氣箱與鉆孔連接采用鋼絲管連接，接口處不再使用傳統(tǒng)的鐵絲捆綁方式，改為鋼絲箍-螺絲固定方式，這種連接方式優(yōu)點是：鋼絲彈性性能較好，可以有效杜絕漏氣現(xiàn)象；可以定期緊固螺絲，可以保證鉆孔時常處于緊密封閉狀態(tài)。(4)效果分析。通過在3203底板抽放巷安裝集氣箱后，效果十分顯著，瓦斯抽放濃度、抽放量明顯提高，消除了抽放管路積水、連接管接口漏氣現(xiàn)象，保證了抽放系統(tǒng)的穩(wěn)定；每班僅需進(jìn)行1次放水就可保證抽放系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)；相對自動放水器而言，成本低，操作簡單、故障率低，大大節(jié)省了人力、物力、財力。5.3.4鉆場管理集氣箱上每個連接管上都焊接有觀測孔，實現(xiàn)了單孔觀測。每個鉆場匯合處均安設(shè)1個孔板流量計進(jìn)行計量，以便對單孔、鉆場抽放數(shù)據(jù)異常情況進(jìn)行觀測、分析、采取有效措施進(jìn)行處理。鉆場抽放后，實行掛牌管理。6工作面底抽巷穿層鉆孔偏斜的特征與機(jī)理6.1影響鉆孔偏斜的地質(zhì)因素對工作面底抽巷穿層鉆孔施工的鉆孔質(zhì)量必須保證要求，才能達(dá)到目的。在施工每組單元時要進(jìn)行評價，究其原因兩方面：一是客觀因素一一地質(zhì)因素，另是主觀因素——工藝技術(shù)。就地質(zhì)因素而言主要是鉆進(jìn)巖層的硬度及結(jié)構(gòu)構(gòu)造。巖層的層理、片理、裂隙、斷層、軟硬互層等結(jié)構(gòu)構(gòu)造使巖層具有不均性，鉆頭在孔底受力不平衡，引起鉆孔偏斜。其中層理與片理和軟硬互層對鉆孔偏斜最具有影響力。6.2鉆孔偏斜受力分析鉆孔穿層通過砂泥互層時鉆孔彎曲影響取決于鉆孔軸線的遇層角6(指鉆孔軸線與巖層層面法線的夾角的余角)和砂泥巖層的硬度差。由于鉆頭作用在層面上的壓力可分解為垂直于層面的分力C和平行于層面的分力N。N是鉆頭在巖層面上的下滑力，當(dāng)其力大于鉆頭鉆頭與巖層面的摩擦阻力(F)時，鉆具便沿層面下滑，鉆孔將順巖層面方向彎曲。當(dāng)δ越小，下滑力(N=PC0Sδ)越大。鉆具沿層面下滑的臨界遇層角(--般δ≤2O°)主要j、i對鋼的摩擦系數(shù)有關(guān)，這又取決于巖石性質(zhì)。當(dāng)鉆頭進(jìn)入層面時，唇面受力不平衡，靠層面上硬巖(砂巖)端的合力大，靠軟巖(泥巖)端的孔底反力的合力小，將產(chǎn)生一傾倒力矩M扭轉(zhuǎn)鉆頭，使其沿著地層E傾方向～一即垂直于層面方向彎曲。傾倒力矩可由以下公式計算：作用于全面鉆頭唇面上的傾倒力矩 （6.1）式中：一硬巖的壓入硬度；一軟巖的壓入硬度；R一鉆頭半徑；X—鉆頭軸線至軟硬巖層接觸面的距離作用于取心鉆頭唇面上的傾倒力矩： （6.2）式中：—鉆孔外半徑；—鉆孔內(nèi)半徑；—系數(shù)，當(dāng)<時，=1；當(dāng)>時，=0。從式(6.1)、(6.2)可見，傾倒力矩與軟硬巖層的硬度差()成正比；隨著鉆頭唇面與硬巖層接觸面增加(減小)，倒轉(zhuǎn)力矩增大；當(dāng)鉆頭唇面與硬巖層接觸面相等（=0）時，倒轉(zhuǎn)力矩達(dá)到最大值。這就為什么鉆孔(斜孔)在泥巖與中砂巖面處總是向泥巖方偏斜的原因。存巖層松軟、極破碎等地層鉆進(jìn)時，由于鉆具在重力作