高瓦斯强突出煤层递进式钻抽卸压及防喷技术应用研究.pdf

2011年7月 矿业 科学技术 第 39卷 第 3期 高瓦斯强突出煤层递进式钻抽卸压 及防喷技术应用研究 刘万启，余根海 (淮北矿业集团芦岭煤矿，安徽 宿州 234113) 摘 要：针对高瓦斯强突出煤层瓦斯抽采难、钻孔施工效率低等弊端，提 出了递进式钻抽卸压及防突技 术，分析了钻孔卸压模型，揭示了递进式钻抽卸压原理。技术应用表明，能够有效提高钻孔成功率，施工效 率提高60％以上；有效控制了钻进中由于喷孔导致的回风流瓦斯浓度高和煤屑喷溅等问题，降低 了作业 面粉尘量，美化了作业环境，区域瓦斯治理效率提高了近3倍，对于高瓦斯强突出煤层的瓦斯抽采有着十 分重要的现场应用价值 。 关键词：钻抽 ；卸压；防喷；高瓦斯；强突出 中图分类号：TD712 钻孔抽采煤层瓦斯作为煤矿瓦斯治理最直接 隙产生新的具有一定方向性的裂隙弱面，由于这两 有效、最经济简单的工艺之一，在煤矿开采中被广 区的岩体受到了强烈的应力作用，发生岩体的破坏 泛使用 ¨ 。但钻孔施工因地压、瓦斯、煤岩性质 与重组，通常只能承担部分集 中应力 】。在弹性 等诸多影响因素的情况不同，施工难易程度千差万 变形区和原始应力区由于岩体没有受到强烈的破 别。淮北矿业股份有限公司芦岭煤矿属于受上述 坏，内部所具有的裂隙仍以原生裂隙弱面为主，所 因素影响极为严重的矿井 ，特别是穿层钻孔，由于 以基本保持原始裂隙状。 主采煤层为瓦斯压力大、含量高、透气性极低的强 围岩破碎圈理论认为：在岩体中开掘巷道，巷 突煤层 ，再加上顶底板岩性易破碎遇水易膨胀 ，更 道周边会出现应力集中，如果围岩的应力小于岩体 是增加了钻孑L施工的难度，喷孔现象时常发生，威 的强度，围岩将继续处于弹性状态；如果围岩的应 胁了矿井的安全生产。因此，进行有效钻采卸压技 力超过岩体的强度，围岩就会产生塑性变形；在塑 术研究并应用于现场，对矿井瓦斯防治意义重大。 性变形区内，靠近巷道周边，由于岩体的塑性流动， 从而使得岩体内的应力降低，在其应力小于围岩的 1递进式钻采卸压技术原理 原始垂直应力时，巷道周边围岩将发生破碎。为求 1．1 巷道周围应力裂隙分布规律 得巷道周围岩破碎圈的半径，要做一些必要的接近 通常情况下，巷道附近应力的分布通常会形成 实际的假设，使得问题的解答简单化。基本的假设 卸压区、应力集 中区和原始应力区，巷道周 围的应 如下 ： 力分布如图1所示。由于卸压区和塑性区域的岩 (1)巷道为圆形巷道，所处的原岩应力场为静 体经受了较强应力的作用，超过了岩体的最大承受 水应力场，因此周边受到均匀等向压力； (2)巷道周边的四带分布如图2； (3)弹性带中的应力分布与弹性体中受力圆 孔周边应力分布相同，塑性带中岩体破坏满足Mo— hr—Coulomb屈服准贝U； (4)破碎带中岩体 内的应力小于原岩应力。 在以上的假设及边界条件下可得到关于破碎 1一卸压区；