您好, 访客   登录/注册

高瓦斯矿井大断面巷道掘进技术研究

来源:用户上传      作者:

  摘 要:巷道掘进是煤矿工作的基础内容,受到不同环境影响,该项工作较为重视安全性和效率。基于此,本文以高瓦斯矿井大断面巷道掘进面临的问题作为切入点,予以简述,再以此为基础,论述可行的巷道掘进技术,重点分析综合支护以及瓦斯抽放,并结合工程实例对上述理论进行说明,为后续工作的优化提供参考。
  关键词:高瓦斯矿井;大断面巷道;掘进技术;瓦斯抽放
  按我国现行标准,矿井中只要有一个煤层/岩层发现瓦斯,该矿井即为瓦斯矿井,高瓦斯矿井的定义更为精细,瓦斯涌出量高于10m3/t(或40m3/min)、掘进工作面、采煤工作面瓦斯涌出量高于3m3/min、5m3/min,均属高瓦斯矿井,该类矿井大断面巷道掘进危险系数高、效率较低,就掘进技术进行分析十分必要。
  1 高瓦斯矿井大断面巷道掘进面临的问题
  1.1 安全问题
  高瓦斯矿井的各环节作业都面临安全问题的威胁,就大断面巷道掘进工作而言,包括瓦斯大量涌入巷道、煤层瓦斯聚集区内外压力骤然变化等。瓦斯涌入巷道的情况,多见于巷道掘进的过程中,因断面较大,掘进时导致煤层暴露,巷道周边的瓦斯,可通过空隙快速进入掘进的巷道中,浓度超过5%,或混合气体中氧的浓度不低于12%,均可能发生爆炸[1]。瓦斯内外压力的变化一般因施工扰动导致。瓦斯在煤层中是流动的,如果空间相对封闭,则存在压强较大的问题,施工作业中,大断面巷道可能产生裂缝,也可能单纯因煤层等阻碍物过薄,瓦斯会持续进入巷道,逐步聚集,诱发安全问题。
  1.2 工作效率问题
  大断面巷道作业中,瓦斯浓度较高或者分布上不均匀、不规律,都会影响巷道的开口和掘进,需要反复进行甄选,掘进时也要求做好瓦斯浓度分析、捕捉动态数据,效率相对不高。同时,大部分矿井在进行大断面巷道掘进时,采用的是局部通风方式,在掘进作业进行之处,空气中的氧气量和瓦斯浓度相对理想,安全性高,随着掘进作业的持续深入,通风扇难以保证空气置换的高效率,大断面巷道掘进深度越大,空气中的瓦斯浓度往往越高,此时为避免瓦斯富集导致人员呼吸受限和安全隐患,需要降低掘进速度,工作效率也因此受到影响[2]。
  2 高瓦斯矿井大断面巷道掘进技术
  2.1 瓦斯抽放
  针对高瓦斯矿井作业危险程度高的问题,各地普遍采用瓦斯抽放的方式进行应对,在大断面巷道掘进工作中,抽放技术的应用由来已久。考虑到煤层、岩层以及瓦斯分布的复杂性,建议采用对比法进行瓦斯抽样效果的优化。可在巷道工作区域附近选取一个标准抽放孔A,另在A孔周围选取2-3个测试孔,设为1、2、3号孔,测试孔均匀分布于标准孔的不同方向,呈圆弧状,1号孔与A孔的距离为3m,2号孔增加0.5m,距离A孔3.5m,3号孔再增加0.5m,距离A孔4m。标准孔和测试孔处均放置气流监控仪。完成打孔后,同时开放四个孔,测试瓦斯瞬间涌出量和衰减系数,选取气流衰减最快的测试孔,获取其与标准孔之间的距离,在巷道大断面周边进行打孔和瓦斯抽放,可保证最大限度完成瓦斯的抽取利用、提升巷道工作的安全性。此外,也可以利用软件进行模拟,分析可行的瓦斯抽放方案。
  2.2 巷道支护
  巷道支护技术是保证高瓦斯矿井大断面巷道掘进安全的基础措施。在各类巷道的掘进过程中,对煤层、岩层的扰动均不可避免,大断面巷道掘进作业中,这种影响尤为明显。要求共同综合支护技术提供保障,综合支护包括两侧和顶部共两大部分。顶部支护一般选用强度较高的钢合金锚杆,以80-90cm為间隔在巷道内地面持续布设,锚杆延伸至矿井顶部,之后以15-20°夹角向顶部挖去,设置金属网和钢筋梁进行顶部加固,必要时可额外于顶部锚杆转弯处加设若干锚杆,以螺栓或焊接方式进行加固。两侧的支护仍以螺纹钢锚杆为主,要求与地面保持垂直,以90-110cm为间隔,持续布设于巷道两端,利用高分子材料进行地面部分处理,使锚杆与地面连接稳固。应用金属网进行附加部分的加固和焊接,应用锚杆托板使所有锚杆处于理想位置和水平线处,避免受力不均问题。
  2.3 工程实例分析
  2018年6月,某地煤矿进行薄煤层开采,拟采用大断面巷道掘进技术。开采前,技术人员探明矿井为瓦斯矿井,进一步分析发现,该矿井观测孔瓦斯涌出量为11.6m3/t,绝对涌出量达到48.6m3/min,满足高瓦斯矿井标准。为保证开采安全性和作业效率,矿方决定通过瓦斯抽放和检测、巷道支护等技术作为辅助。
  瓦斯抽放方面,采用对比分析法,应矿井地形相对并不复杂,设置了一个标准孔和三个测试孔(编为1号、2号、3号孔),基础孔距为2.8m,固定增加值为0.6m,1号孔与标准孔距离2.8m,2号孔与标准孔距离3.4m、3号孔与标准孔距离4.0m。经测定,2号孔孔距理想,瓦斯涌入衰减速度较快,确定以3.4m为孔间距进行瓦斯抽放。巷道支护上,采用合金螺纹钢作为主要材料,支护方案与上文相同。最终安全有效完成了巷道掘进。
  3 总结
  综上,现代煤矿生产活动对安全性要求高,高瓦斯矿井大断面巷道掘进也引发了广泛重视。该类巷道掘进面临瓦斯外泄富集、工作效率地下等问题,为保证工作质量,可推行瓦斯抽放和检测、巷道支护等技术措施。在工程实例中,技术人员采用对比分析法和综合支护,有效避免了瓦斯干扰,提升了掘进工作成效。
  参考文献:
  [1]张靖.浅谈无声破碎剂在高瓦斯矿井掘进巷道过构造期间的应用[J].能源环境保护,2017,31(03):26-27.
  [2]李志刚,孙博.高压注水抑制高瓦斯掘进工作面瓦斯涌出技术研究[J].煤,2017,26(04):29-31+50.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14889453.htm

服务推荐