安能煤矿两堵一注带压注浆封孔水力冲孔总结000.docx
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安能煤矿两堵一注带压注浆封孔水力冲孔总结000
高压水力冲孔增透、“两堵一注”技术实践与应用
一、问题提出
安能煤矿目前正在回采的工作面为10918工作面,剩余可采时间为5个月;接替面为10907工作面,按原来进度预计8个月才能完工。
矿井面临采掘接替失调,主要问题是钻孔施工质量差、顺层钻孔条带预抽效果不理想,导致煤巷月度进尺缓慢。
为了提高接替面10907工作面煤巷掘进进度,缩短顺层钻孔条带预抽时间,国家瓦斯治理工程研究中心金沙工作站在金沙县煤安局的安排下,在安能煤矿开展高压水力冲孔、“两堵一注”、“带压注浆封孔”的试验,以解决煤巷瓦斯预抽时间长、单元允许掘进距离短等问题,为安能煤矿下一步的采面的顺利接替提供技术支持。
二、二、概述
1、工作面概况
采面接替问题(提高煤巷单进)
10907回风巷掘进工作面开采的煤层为C9煤层,根据10905回风巷煤层揭露情况,10907回风巷掘进工作面C9煤层的煤层厚度变化不大,平均厚度2.4m,煤层倾角为3°~7°。
10907回风巷沿煤层走向布置,设计长度为516米,10907回风巷掘进工作面采用放炮掘进,刮板运输机、皮带运输,锚网支护顶板。
2、C9煤层基本情况
C9位于P3l中部,上距P3c底界42.01-50.40m,平均45.25m。
层位稳定,呈层状产出,全区稳定。
厚度1.20~2.81m。
煤层结构简单,一般不含夹矸,属半亮、亮煤,块状、条带结构不明显。
顶板上距C8煤11.51m,岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主;底板下距C12煤43.01m,岩性为粉砂岩、粉砂质泥岩及粘土岩,并富产植物化石。
表1安能煤矿C9煤层瓦斯赋存参数表
煤层
放散初速度指标(㎜Hg)
紧固性系数
瓦斯压力
P(MPa)
瓦斯含量
(m3/t)
透气性系数(m2/MPa2.d)
钻孔流量衰减系数
X(d-1)
破坏类型
C9
14.2~22.7
1.76~1.88
0.25~0.3
11.81~14.83
2.391~2.542
0.040~0.049
Ⅰ~Ⅱ类
根据煤科总院抚顺分院实验室2007年3月13日提交的贵州省金沙县安能煤矿C9煤层煤尘爆炸性及自燃倾向鉴定报告,C9煤层煤尘无爆炸危险性,煤层自燃倾向为三类,属不易自燃煤层。
三、10907回风巷原有顺层钻孔抽采效果简介
1、钻孔设计、施工及封孔
该循环共施工30个顺层钻孔(补孔3个,分别为补18#、补9#、补9’#孔),终孔间距3m,钻孔控制巷道两帮轮廓线外各15m范围;钻孔施工设备为ZYJ-750型液压钻机、φ75㎜钻头及φ50㎜螺旋钻杆;钻进过程中采用水力排渣。
该循环钻孔封孔方式为马丽散两堵,每孔封孔长度8米;该循环允许进尺距离50米,保留超前距距离40米。
2、单孔瓦斯抽采浓度情况
表210907回风巷第一循环单孔浓度统计
孔号
孔深(m)
倾角(º)
封孔前瓦斯浓度(%)
封孔后瓦斯浓度(%)
合茬抽采后瓦斯浓度(%)
孔号
孔深(m)
倾角(º)
封孔前瓦斯浓度(%)
封孔后瓦斯浓度(%)
合茬抽采后瓦斯浓度(%)
1
32
5
19
19
31
17
102
2
19
19
21
2
41
5
22
22
29
18
67
3
18
18
21
3
57
5
23
23
32
19
102
2
18
18
21
4
70
5
21
21
29
20
101
5
19
19
21
5
84
6
26
26
31
21
101
5
19
19
20
6
101
6
28
28
27
22
102
5
20
20
21
7
101
3
21
21
25
23
101
5
18
18
20
8
101
3
24
24
26
24
63
5
19
19
20
9
79
5
23
23
29
25
66
5
19
19
21
10
101
5
32
32
31
26
41
5
18
18
20
11
100
4
10
10
9
27
50
5
20
20
21
12
101
4
17
17
16
补18
102
2
13
13
15
13
101
5
19
19
22
补9
84
5
14
14
17
14
101
5
12
12
16
补9’
101
5
16
16
19
15
101
2
18
18
21
16
100
3
20
28
25
3、单元瓦斯抽采量及抽采时间情况
该循环钻孔控制范围内煤层瓦斯资源总量为166909.4m³,抽采时间为2016年7月2日至8月2日(共计32天),预抽瓦斯量为115117.88m³,抽采率计算如下:
N=Qc÷Q气×100%
式中:
N——煤层瓦斯预抽率,%。
Q气——煤层瓦斯储量,m³。
Qc——已抽瓦斯量,m³。
则:
N=115117.88÷166909.4×100%=68.9%
四、优化施工工艺
1、钻孔设计
该循环共施工27个顺层钻孔,终孔间距3m,钻孔控制巷道两帮轮廓线外各15m范围;该循环允许进尺距离70米,保留超前距距离20米。
2、钻孔施工加强措施及成型保障
该循环钻孔施工设备为ZYJ-750型液压钻机,配套φ50㎜螺旋钻杆。
为增强钻孔抽采效率,采取加大钻孔孔径的措施。
开孔选用φ75㎜钻头施工,钻孔施工到位后,换φ94㎜钻头进行全程扩孔。
为保障钻孔成型完好,首先对钻机进行加固,增设2个立足,减少施工过程中钻机偏摆幅度;其次钻孔在第一次钻机和之后的扩孔过程中,钻压保持稳定,保证匀速钻进,提高了钻孔的平直率;施工过程中密切观察孔口水力排渣情况,及时调整供水量,确保排渣顺畅、彻底。
3、水力冲孔增透措施应用
为增加煤层透气性、排净钻孔内煤渣及减少钻孔封孔时下封孔管的难度,该循环钻孔采取了高压水力冲孔增透技术。
由于安能煤矿供水管路水压不足,本次水力冲孔采用型号为W(GRB)315/31.5 的矿用乳化泵站供高压水。
水力冲孔过程:
钻孔扩孔至孔底后,打开高压供水阀,加大转速,对孔壁煤层进行高压水力冲洗的同时,慢速退出钻杆。
表310907回风巷第二循环顺层钻孔水力冲孔明细表
水力冲孔明细表
孔号
孔深(m)
倾角(º)
冲孔长度(m)
冲孔水压(MPa)
施工时间
冲出煤量(Kg)
平均每米冲出煤量(Kg)
19
91
1
72
13
2016年8月16日
892
12.39
12
91
5
74
6
2016年8月16日
843
11.39
18
91
5
75
6
2016年8月17日
819
10.92
11
91
5
72
5
2016年8月17日
824
11.44
20
92
5
72
3
2016年8月18日
716
9.94
13
93
4
71
11
2016年8月18日
768
10.81
21
92
6
71
5
2016年8月18日
651
9.17
14
90
5
68
3.5
2016年8月18日
586
8.62
22
92
5
72
4
2016年8月18日
672
9.33
15
92
5
71
11
2016年8月19日
846
11.91
23
82
5
54
5
2016年8月19日
482
8.93
24
71
0
48
5
2016年8月19日
346
7.20
16
92
6
71
4
2016年8月19日
737
10.38
26
34
3
5
4
2016年8月19日
45
9
25
50
2
19
3.5
2016年8月19日
124
6.53
27
26
1
3
8.5
2016年8月19日
32
10.66
17
91
5
72
7.4
2016年8月20日
692
9.61
4
63
4
37
8.2
2016年8月20日
436
11.78
5
83
5
54
5
2016年8月20日
661
12.24
6
101
3
73
5
2016年8月20日
824
11.29
2
36
3
8
4
2016年8月21日
61
7.63
1
27
1
8
5
2016年8月21日
92
11.5
7
96
5
73
5
2016年8月21日
842
11.53
8
104
0
71
3.5
2016年8月22日
861
12.13
3
47
3
22
4
2016年8月22日
227
10.32
10
95
5
72
4
2016年8月22日
853
11.85
9
95
3
72
4
2016年8月23日
841
11.68
3、“两堵一注”、“带压注浆封孔”新工艺应用
该循环顺层钻孔采取“两堵一注”、“带压注浆封孔”的封孔新工艺。
钻孔注浆时采用多次加压注浆,水泥浆比例按水灰比0.8:
1配比浆液;该循环所有钻孔倾角均为0°或以上,所有按图1方式封孔;钻孔注浆至回浆管返浆后,间隔20分钟左右后,再从回浆管继续注浆,压力要求达到2--3MPa,次数不少于2次后,注浆结束。
图1封孔示意图
4、单孔瓦斯抽采浓度考察
每个孔注浆结束至少24小时后,方可合茬抽采,以确保钻孔内水泥浆能够充分凝固。
表410907回风巷第二循环单孔浓度统计
孔号
孔深(m)
倾角(º)
封孔前瓦斯浓度(%)
封孔后瓦斯浓度(%)
注浆后瓦斯浓度(%)
合茬抽采后瓦斯浓度(%)
孔号
孔深(m)
倾角(º)
封孔前瓦斯浓度(%)
封孔后瓦斯浓度(%)
注浆后瓦斯浓度(%)
合茬抽采后瓦斯浓度(%)
1
27
1
82
82
22
75
15
90
5
77
77
77
停
2
40
3
80
82
82
36
16
92
6
80
80
80
22
3
48
5
82
71
71
33
17
91
5
78
18
18
14
4
63
4
80
85
85
68
18
91
5
85
85
85
36
5
83
5
85
80
80
40
19
91
5
68
65
65
69
6
101
3
81
66
66
停
20
92
5
83
64
64
42
7
96
5
70
65
65
22
21
92
6
84
80
80
31
8
104
0
80
80
80
37
22
92
5
82
75
75
61
9
95
3
65
65
65
20
23
82
3
80
83
83
68
10
101
5
80
80
80
56
24
71
0
82
82
82
40
11
91
5
65
65
65
30
25
50
3
85
80
80
36
12
91
5
83
83
83
32
26
34
2
0
0
0
停
13
93
5
82
82
82
停
27
30
3
80
0
0
44
14
90
6
60
60
60
16
备注:
停抽钻孔与其它钻孔串孔。
5、单元瓦斯抽采量及抽采时间考察
该循环所有钻孔从8月19日起全部合茬抽采,截止到9月4日(共17天),预抽瓦斯量为112540.93m³,该循环钻孔控制范围内煤层瓦斯资源总量为173713.88m³,截止9月3日的抽采率计算如下:
N=Qc÷Q气×100%
式中:
N——煤层瓦斯预抽率,%。
Q气——煤层瓦斯储量,m³。
Qc——已抽瓦斯量,m³。
则:
N=112540.93÷173713×100%=64.8%
五、效果考察分析
1、单孔瓦斯抽采浓度考察分析
通过表2、表4对两个循环的钻孔浓度考察情况,10907原有顺层钻孔单孔平均抽采浓度23%;采取水力冲孔增透等措施后,单孔平均抽采浓度41%,单孔抽采浓度提高18%。
2、单元瓦斯抽采量考察分析
通过两个循环抽采量统计情况,10907原有顺层钻孔单元抽采时间32天,预抽量共计115117.88m³;采取水力冲孔增透等措施后,单元抽采时间17天,预抽量共计112540.93m³,两相比对,抽采效率提高60%,单元抽采时间缩短15天左右。
3、综合成本考察分析
1)未采取水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺前,每循环钻孔控制范围90m,允许掘进50m;采取水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺前,每循环钻孔控制范围90m,允许掘进70m;同样350m巷道,原来需要施工7个循环顺层钻孔,现在只需要施工5个循环顺层钻孔,平均每百米巷道节省钻孔量1200米,按照矿钻孔单价结算9元/米计算,平均每百米巷道减少成本9600元;
2)根据表5的对比结果,采用“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺后,单孔封孔成本增加320元/孔;结合钻孔数量减少情况综合计算得出,每百米巷道增加封孔成本6350元;
表5单孔封孔成本对比表
材料名称
单价
数量
总价
备注
一、原封孔
马丽散
20元/袋
4袋
80元
封孔管
3元/米
9米
27元
毛巾
2元/条
2元
4元
合计
111元
二、“两堵一注”及“带压注浆封孔”
封孔管
3元/米
15米
45元
注浆管
6元/米
3米
24元
回浆管
6元/米
12米
72元
水泥
14元/包
5包
70元
球阀
12元/个
2个
24元
循环利用
马丽散
20元/袋
5袋
100元
毛巾
2元/条
2元
4元
人工工资
120元/孔
1孔
120元
合计
440元
综合计算后,平均每百米巷道减少成本3250元
3)采取水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺等加强措施后,每循环抽采时间节省15天,再扣除封孔、注浆及浆液凝固时间3天,每循环节省抽采时间12天;同样350m巷道,节约了2个循环钻孔施工及抽采时间72天,以及采取加强措施后的5个循环对比之前节省抽采时间60天.
综合计算后,平均每百米巷道节省时间37天。
六、强化现场管理
1、定标准:
制定专项施工、验收、考核标准,加强动态监管,严把钻孔质量关。
2、严开孔:
开孔按设计挂线标点,定方位角、倾角及开孔位置。
3、保直钻进:
开孔选用φ75㎜钻头施工,钻孔施工到位后,换φ94㎜钻头进行全程扩孔,钻进轻压慢转,控制钻进速度,杜绝快速钻进,保证钻孔畅通,排渣正常。
4、封孔严:
封孔采用多次加压注浆封孔工艺。
5、盯关键:
每班由平安公司及矿安排专人全程监管钻孔施工质量及封孔,重点监管水力冲孔、封孔、注浆等关键环节。
6、严验收:
严格执行“五个流程”钻孔验收办法,即检查成孔后、封孔前、封口后、合茬前、合茬后的瓦斯浓度,浓度不低于40%。
7、重问责:
不符合钻孔施工、验收、考核标准的,追查处理。
七、结论
实践证明,采用水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺有以下优点:
1、单孔的抽采浓度平均提高18%,单元抽采时间平均缩短11天,有效的提高了抽采效率,实现了抽采最大化;
2、单孔封孔成本有所增加,但通过综合成本计算后,每百米巷道的成本节约3250元,因此,采取水力冲孔、“两堵一注”及“带压注浆封孔”新工艺也具备一定的经济效益;
3、平均每百米巷道节省时间37天,能够大幅度提高煤巷进尺进度,有效的缓解矿井采掘接续紧张的现状。
八、存在问题及下一步工作打算
1、改进钻孔施工设备
本次顺层钻孔施工设备为ZYJ-750型液压钻机,存在功率小、重量轻的缺点,装用φ94㎜钻头时,无法一次成型施工钻孔,造成钻孔2次施工,增加了人工及时间成本;配套的φ50mm钻杆与φ94㎜钻头直径差过大,钻进过程中排查不彻底,影响钻孔成型。
下一步顺层钻孔施工,矿方要换用大功率钻机,φ94㎜及以上钻头要配套φ73㎜螺旋钻杆,以确保钻孔施工效率及成型。
2、优化顺层钻孔设计
本次顺层钻孔设计孔径为94㎜,为进一步加强单孔抽采效率,以后的顺层钻孔可设计为孔径为108㎜的钻孔,如果单孔抽采效果有显著提高,可以在之后的每循环减少钻孔数量,进一步达到减成本、增效率的目的。
3、合理选择水力冲孔的水压
本次顺层钻孔在水力冲孔期间,对高压水水压的选择还存在经验不足的缺陷,其中部分钻孔冲孔水压过大,造成孔口孔径过大,增加的封孔的难度与注浆量。
在以后钻孔的冲孔过程中,根据每个循环煤层实际的硬度,考察不同的冲孔水压及冲孔长度,封孔段以里要预留适当的不进行冲孔的长度,并总结经验数据,以便更好地指导现场实际工作的开展。
4、推广应用囊袋封孔新工艺
“马丽散+水泥浆”的“两堵一注”、“带压注浆封孔”的封孔工艺还存在着操作时间长、过程复杂的缺点。
目前,淮南矿业集团已经大面积推广“FKJW-50/0.5型封孔囊袋+JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂”的封孔新工艺。
该工艺以“二堵一压”带压注浆封孔工艺为理论依据,主要适用于煤矿井下各种钻孔的封孔。
利用注浆泵通过注浆管将封孔器两端囊袋快速充填、膨胀,与钻孔壁紧密接触,形成密闭区域,达到爆破压力时,开始充填两囊袋中间的封闭段,直至注浆压力达到所要求的过程称之为“二堵一压”。
从而实现多层封孔,保证良好的密封效果。
产品使用安全,连接好后直接送入钻孔从而实现封孔自动化,具有操作简单、使用方便、降低劳动强度、提高工作效率的特点。
其中JD-WFK-2型速凝膨胀封孔剂还具有初凝时间短,初凝时间可调,流动性强,不析水,凝固后微膨胀及抗压强度大的优点,能够充分密实钻孔周围裂隙,有效延长抽采周期。
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