下向瓦斯抽采钻孔自动排水技术试验及装置的开发.pdf

第 4 0卷第 2期 2 0 1 3年 4月 矿 业安全 与环保 MI NI NG S A F E T Y ＆ EN VI RONME NT AL P R OT EC T I ON Vo 1 ． 40 No ． 2 Ap r ． 2 0 1 3 张振龙， 张廷勇， 蔡勇． 下向瓦斯抽采钻孔 自动排水技术试验及装置的开发[ J ] ． 矿业安全与环保， 2 0 1 3 ， 4 0 ( 2 ) ： 4 3 — 4 5 文章编号 ： 1 0 0 8 — 4 4 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 2 — 0 0 4 3 — 0 3 下向瓦斯抽采钻孔 自动排水技术试验及装置的开发 张振龙 ， 张廷 勇 ， 蔡勇 ( 1 ． 黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鹤岗分公司， 黑龙江 鹤 岗1 5 4 1 0 0 ； 2 ． 黑龙江龙煤矿业集团股份有限公司鹤岗分公 司 兴山煤矿， 黑龙江 鹤 岗1 5 4 1 0 0 ) 摘要： 针对矿井在采用下向钻孔抽采瓦斯过程 中， 由于岩石和煤含水多， 钻孔 内的积水无法有效地 排 出抽采通道的问题 ， 开发设计 了1套下 向钻孔抽采瓦斯 自动排水工艺及装置。介绍 了该工艺及装置 的技术特点、 工作流程， 并在兴山煤矿进行了现场试验， 结果表明： 该工艺解决了下向钻孔积水后瓦斯抽 采效果较差的难题， 提高 了下向钻孔瓦斯抽采效率， 减少 了抽采巷道和钻场工程量 ， 提高 了瓦斯抽采钻 孔利用率。 关键词 ： 下向钻孔； 自动排水 ； 电磁 阀； 瓦斯抽采 中图分类号 ： T D 7 1 2 ． 6 3 文献标志码 ： C 网络出版时间： 2 0 1 3 — 0 3 — 2 5 1 1 ： 3 5 网络 出版地址： h t t p ： ／ ／ w w w ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 5 0 ． 1 0 6 2 ． T D ． 2 0 1 3 0 3 2 5 ． 1 1 3 5 ． 0 1 2 ． h t m l Te s t o f Au t o ma t i c W a t e r Di s c h a r g e Te c hno l o g y f o r Do wnwa r d Ga s Dr a i n a g e Ho l e s a nd De v e l o p me nt o f Di s c ha r g e De v i c e ZHANG Zh e n l o n g ，ZHANG T i n gy o n g ，C AI y 0 ( J ．H e g a n g B r a n c h o fH e i l o n g ~ i a n g L o n g ma y Mi n i n g H o l d i n g G r o u p C o ． ， L t d ． ， H e g a n g 1 5 4 1 0 0 ， C h i n a； 2 ．X i n g s h a n Mi n e o fH e g a n g B r a n c h ofH e i l o n g fi a n g L o n g ma y Mi n i n g H o l d i n g G r o u p C o ． ， L t d ． ， H e g a n g 1 5 4 1 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h e p r o c e s s o f u n d e r g r o u n d g a s d r a i n a g e b y d o wn wa r d b o r e h o l e s ，t h e a c c u mu l a t e d wa t e r i n t h e b o r e h o l e s c a n n o t b e e ff e c t i v e l y d i s c h a r g e d f r o m t h e m d u e t o mo r e wa t e r c o n t a i n e d i n c o a l a n d r o c k ． F o r t h i s p u r p o s e，a s e t o f a u t o ma t i c wa t e r d i s c h a r g e t e c h n o l o g y a n d d e v i c e f o r t h e d o wn wa r d g a s d r a i n a g e b o r e h o l e s w a s d e v e l o p e d ．I n t h i s p a p e r ，a d e s c r i p t i o n o f t e c h n i c a l f e a t u r e s a n d o p e r a t i o n p r o c e s s o f t h e t e c h n o l o g y a n d d e v i c e w a s v e n a n d t h e fi e l d t e s t o f t h e m wa s c a r r i e d o u t i n Xi n g s h a n Mi n e ． T h e p r a c t i c e i n d i c a t e d t h a t t h i s t e c h n o l o gy s o l v e d t h e d i ffi c u l t p r o b l e m o f p o o r g a s d r a i n a g e e ff e c t a f t e r t h e w a t e r a c c u mu l a t i o n i n t h e b o r e h o l e s ，i mp r o v e d t h e g a s d r a i n a g e e f f e c t b y d o wn wa r d b o r e h o l e s ，r e d u c e d t h e e n g i n e e ri n g q u a n t i t y o f g a s d r a i n a g e r o a d w a y a n d d r i l l i n g s i t e c o ns t r u c t i o n，a n d r a i s e d t he u t i l i z a t i o n r a t e o f g a s dr a i n a g e bo r e ho l e s ． Ke y wo r d s ： d o wn wa r d b o r e h o l e ；a u t o ma t i c wa t e r d i s c h a r g e ；e l e c t r o ma g n e t i c v a l v e；g a s d r a i n a g e 抽采瓦斯是治理瓦斯灾害和消除煤 与瓦斯突出 的根本措施 。矿井在 采用下 向钻孔 抽采 瓦斯 过程 中， 由于岩石和煤含水多 ， 钻孔 内的积水无法有效地 排出抽采通道 ， 增大了抽采阻力 ， 从而影 响钻孔的瓦 斯抽采效果。排 出下 向钻孔 中的积水 ， 提高钻孔瓦 斯抽采效果是 矿井瓦斯抽 采工作 中亟待解 决 的难 题。因此 ， 在兴 山煤矿进行 了下 向钻孔抽采 瓦斯 自 动排水试验与研究 ， 开发设计 了 1套下 向钻孔抽 采 收稿日期： 2 0 1 2 — 0 8 — 2 1 ； 2 0 1 2 — 1 2 — 2 0修订 作者简介： 张振龙( 1 9 6 2 一) ， 男， 黑龙江鹤 岗人， 博士， 高 级工程 师， 从 事煤 矿 瓦斯 治 理、 煤 层 火 灾 防 治 与管 理 工 作。 E — ma i l ： h k j t z z l @ 1 2 6 ． c o rn。 瓦斯压风 自动排水工艺及装置 ， 实现 了下 向钻孔压 风 自动排水 ， 提高了下向钻孔瓦斯抽采效果 。 l 技术要点 1 )改进下向钻孔封孔工艺， 提高钻孔封孔质量 ； 2 )在抽采管路 中增设 1趟压风管直达孔底 ， 采 用 电磁阀 自动控制高压风流 ， 定期彻底清 除孔底积 水及杂质 ， 将孔内积水排人气水分离器中， 通过负压 放水器排出 ； 3 )使用瓦斯抽 采多功能参数 测定仪测定抽采 瓦斯管道中的浓度 、 流量 、 负压等参数 ， 合理优化钻 孔排水周期及压风管供风量 ， 实现最佳排水 和抽采 效果 。 43 Vo 1 ． 40 No ． 2 Ap r ． 201 3 矿 业安 全 与环保 MI NI NG SAFETY ＆ ENVI RONMENTAL PROTECTI ON 第4 0卷第 2 期 2 0 1 3年 4月 2 试验地点 兴山煤矿施工的三水平胶带运输大巷前方将揭 3 1 号煤层 ， 该 处 3 1号煤层 属于 原始 未卸压 区域 ， 2 0 1 2年 2月 9日掘进工作 面在 与煤层 水平距离为 3 5 I n处 ， 测定 3 1 号煤层原始瓦斯含量为 7 ． 7 0 m ／ t 。 为了降低揭煤 区域煤层瓦斯含量 ， 在该预掘巷道两 侧布置了2个超前预抽钻场 ， 4个方位共施工了 2 0个 预抽钻孔进行瓦斯预抽⋯ 。钻孔布置如图 1 所示。 ( a ) 平 面图 ( b ) 剖 面图 图 1 兴山煤矿三水平胶带联络巷瓦斯预抽钻孔布置图 钻孔成孔后 ， 为 了检验下向钻孔压风 自动排水 装置的应用效果 ， 在下 向钻孔中安装 了压风 自动排 水装置后进行抽采 ， 同时使用瓦斯抽采 多参数测定 仪测定各钻孔瓦斯浓度 、 瓦斯混合 流量、 瓦斯纯流 量 ， 对瓦斯抽采下向钻孑 L 压风 自动排水装置 的运行 效果进行考察 ， 以确定电磁阀定时开关的时间， 实现 最佳排水和抽采效果 。 3 下向钻孔压风 自动排水装置 与常规的瓦斯抽采钻孔的封孔方式不同， 为了 提高下 向钻 孔压 风 自动 排水 效果 ， 在 封孔 时安 设 1根41 5 mm管到达孔底 ， 并将该管与矿井压风管路 用电磁阀连接 ， 通过延时开关设定电磁 阀的启动 、 关 闭时间来控制压风管路开 闭周期及开闭时间， 以实 现定期定量向瓦斯抽采钻孔中供风吹 出孔底的积水 和煤渣。下向抽采 钻孔封孔如 图 2所示 ， 自动排水 装置如图 3所示 。 图2 下向抽采钻孑 L 封孔示意图 图 3 压风 自动排水装置示意 图 4 下向钻孑 L 压风 自动排水装置工作流程 1 )孔内不积水时， 压风管路关闭 ， 钻孔 内的瓦 斯由抽采系统 自行进 入抽采 管路。瓦斯抽 出 的线 路 ： 钻孔一抽采管一气水分离器一抽采管路。 2 )当钻孔 内有水时， 时间控制开关⑥ 和控制电 ． 44 ． 磁阀⑦开启， 管路中的压风由压风管⑤ 电磁阀⑦ 导风管⑧一钻孔一抽采管④一气水分离器②一抽采 管路 ， 压风的高压力作用将孔 内积水 向上压出至气 水分离器， 在此实现气水分离 ， 其中气体由气水分离 器排至抽采管路①， 另一路水由气水分离器②排至 均压放水装置③溢 出， 实现 自动放水 。 第 4 0卷第 2期 2 0 1 3年 4月 矿 业安 全 与环保 MI NI NG S AF E T Y ＆ E NVI R0N／V I EN T AL P ROT E C T I ON Vo 1 ． 4 0 No ． 2 Apr ． 2 01 3 3 )当设定 的电磁阀开启时间结束后 ， 电磁阀启 动 阀门将风路关闭 ， 抽采 系统继续抽采钻孔 内的瓦 斯 ， 其瓦斯抽出线路 ： 钻孔一抽采管一气水分离器一 抽采管路。 下 向钻孔压风 自动排水装置排水流程见图 4 。 圈昌回昌 圈 圈 营 圈 崮 抽采 管路 负压放 水器 图4 下向钻孔压风 自动排水流程示意图 5 效果 考察 在钻场各考察 钻孔施工结束后 ， 安装压风 自动 排水装置 ， 将 电磁 阀控制 的压风系统与通气管相连 接 ， 设定排水周期及排水 时间， 实现孔 内 自动排水 ， 并考察钻孔排水后的瓦斯抽采效果。 由瓦斯抽采多 参数测定仪所测定的下向钻孔在接抽期 间瓦斯体积 分数及瓦斯纯流量变化趋势如图5、 图 6所示 。 l 1 ．一． ． ． ： ’ ’ 、 ’ ．． ． ．： J 排 水 后 一 求 ＼ If ． ． 时 间 图 5 排水前后抽采瓦斯体积分 数变化曲线 一 O ． 1 4 目0． 1 2 0． 1 0 、 - ， 0 ．08 州0 ．0 6 萋 0．0o 1 ． -- - ， 1 - - - ， ’ 排 水后 厂 ! ， ^ ．； ／ 。 ． ． 9 ： 4 6 9：5 3 1 0 ： 0 0 l 【 J ： U 7 l U ： l 4 l U：2 2 时 间 图6 排水前后抽采瓦斯纯流量变化曲线 由图 5 、 图6可以看出： 1 )在排水前 由于瓦斯抽采钻孔 内积水 ， 影响 了 瓦斯抽采效果， 抽采瓦斯体积分数平均为1 0 ％， 流量 为 0 ． 2 m ／ m i n ， 纯流量仅为 0 ． 0 2 m ／ mi n 。 2 )在 9点 5 9分 ， 电磁 阀到达排水周期 ， 控制压 风阀门 自动打开 ， 进行压风排水 ， 这时由于压风进入 钻孔导致抽采管路混合流量突然增大 ， 瓦斯纯量及 瓦斯体积分数基本为 0 。 3 )1 0点时 ， 压风结束 ， 阀门关闭。排水后 ， 下 向 钻孔内的积水被排净， 孔 内瓦斯体积分数上升至 2 0 ％左右 ， 抽采混合流量升至 0 ． 6 m。 ／ mi n ， 抽采纯量 升至 0 ． 1 2 m。 ／ m i n 。 4 )从 1 0点压风排水结束后 ， 测量 3 0 mi n内的 瓦斯抽采流量及瓦斯体积分数均保持为平稳数值 ， 较排水前效果显著提高。 实现 自动排水后 ， 瓦斯抽采下 向钻孔 的抽采纯 量 比排水前有大幅度提高， 瓦斯体积分数除压风开 启期间会骤然下降外 ， 其余时间均 比排水前有所提 高。这说 明采用下向钻孔压风 自动排水装置后实现 了气水分离 ， 始终保持 了钻孔瓦斯抽采通道的畅通 ， 钻孔抽采效果得到了明显的提高。 该试验钻场 2 0 1 2年 2月 1 1 E t 并入管网抽采至 2 0 1 2年 3月 20 E t ， 累计抽采瓦斯 6 5 2 9 ． 2 IT I 。201 2年 3月2 1日， 对 抽 采 效果 进 行 了检 验 ， 经 测 定 该 处 3 1号煤层残存瓦斯含量仅为 2 ． 3 1 m ／ t 。通过瓦斯 抽采 ， 该石门揭煤区域瓦斯得到了极好 的释放 ， 消除 了煤层突出危险性。 6 结语 1 )下向钻孔压风 自动排水装 置能有效地排 出 孔内积水 ， 提高 了瓦斯抽采效果。 2 )下向钻孔压风 自动排水装 置在使用过程 中 应该根据钻孔 内的水量情 况 ， 合理设定压风管路开 启和关闭的时间周期 ， 防止 电磁 阀关闭时 间过长而 未排水影响抽采效果 ， 或 电磁 阀开启时间过长而导 致过量的供风影响抽采系统负压及抽采浓度。电磁 阀合理的开闭周期 ， 要通过现场考察来确定。经过考 察 ， 试验地点钻场一组俯斜钻孔的排水 电磁 阀应设定 每隔 4 h进行一次 1 m i n的压风排水。 3 )当钻场下方有煤层时 ， 可通过施工下 向钻孑 L 实现瓦斯抽采 ， 增大钻场施工抽采钻孔范 围和钻孔 量 ， 提高钻场利用率 ， 减少巷道和钻场工程量。 参考文献： [ 1 ]石致军， 胡少韵， 姚宁平． 煤矿井下瓦斯抽采( 放) 钻孔 施工新技术[ M] ． 北京： 煤炭工业出版社， 2 0 0 8 ． [ 2 ]张振龙． 分源抽放技术治理厚煤层放顶煤工作面瓦斯 [ J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 0 7， 3 8 ( 1 0 ) ： 2 5 — 2 7 ． [ 3 ]林柏泉， 崔恒信． 矿井瓦斯防治理论与技术[ M] ． 徐州： 中国矿业大学出版社， 1 9 9 8 ． ( 责任编辑： 陈玉涛) ， ． 45 ．