兴山煤矿瓦斯抽采下向钻孔压风自动排水装置.docx
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兴山煤矿瓦斯抽采下向钻孔压风自动排水装置
龙煤矿业股份集团有限公司鹤岗分公司兴山煤矿
瓦斯抽采下向钻孔自动排水装置
汇报材料
龙煤矿业集团股份有限公司鹤岗分公司兴山煤矿
二○一二年四月
1.研究的意义
煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力现象，破坏力强、危害性大，给煤矿企业带来巨大的人员伤亡和经济损失。
兴山煤矿为煤与瓦斯突出矿井，地质构造复杂，且随采掘深度的不断延伸，在断层、地质构造发育的局部地区瓦斯涌出量特别大。
由于兴山煤矿是煤层群开采，在矿井开拓大巷和下水平延伸过程中需要经常揭穿煤层，根据《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，在石门揭煤前应该采用穿层钻孔预抽石门揭煤区域的瓦斯，且穿层钻孔预抽石门揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施规定应当在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7m以前实施（在构造破坏带应适当加大距离），钻孔的最小控制范围是：
石门揭煤处巷道轮廓线外12m（急倾斜煤层底部或下帮6m）。
因此在石门揭煤区域必须施工下向抽采钻孔，下向抽采钻孔在进行瓦斯抽采过程中，由于岩石多含水，钻孔内会积存较多的水，且水无法从孔底排出，堵塞了钻孔，增大了抽采阻力，从而影响了钻孔的瓦斯抽采效果，大大增加了瓦斯抽采时间，从而影响到石门揭煤的进度。
因此，解决下向钻孔中的积水问题，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问题。
为了解决下向钻孔由于积水而造成瓦斯抽采效果差的问题，兴山煤矿抽采区经过不断实践，研发了一套下向钻孔压风自动排水装置，实现了下向钻孔自动排水，提高了下向钻孔瓦斯抽采效果。
2.技术要点
（1）改进了封孔工艺、提高了钻孔封孔质量；
（2）在抽采管路中增设一趟压风管直达孔底，采用时间控制开关和电磁阀自动控制高压风，定期彻底清除孔底积水及杂质，将孔内积水排入气水分离器中，当气水分离器中水压大于抽采管路中负压时，水通过负压放水器排出；
（3）通过瓦斯抽采多功能参数测定仪定期测定瓦斯浓度、流量，绘制瓦斯抽采浓度、流量曲线图，确定合理钻孔排水周期及压风管供风量，防止过量供风影响抽采系统的抽采效果。
3.实验地点简介
兴山煤矿为了建设现代化高产高效矿井，计划将目前三水平集中大巷机车运输方式改为强力皮带连续运输方式，在集中运输大巷旁设计施工三水平皮带运输大巷。
巷道施工至31号煤层附近，准备揭31号煤层，由于该处31号煤层属于原始未卸压区域，2012年2月9日在巷道掘进前防突办测定该处31号煤层原始瓦斯含量为7.70m3/t，瓦斯压力0.3MPa。
为了降低揭煤区域煤层瓦斯含量，严格贯彻“技术先行、地质超前、先探后掘、先抽后采”的安全理念，抽采区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20个预抽钻孔进行瓦斯预抽。
钻孔布置平剖面图如图3-1所示。
钻孔成孔后，为了检验下向钻孔压风自动排水装置在多孔预抽钻孔中的应用效果，在下向钻孔中安装了压风自动排水装置后抽采，通过采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，对瓦斯抽采下向钻孔压风自动排水装置的运行效果进行考察。
图3-1兴山煤矿三水平皮带联络巷瓦斯预抽孔布置平剖面图
4.下向钻孔压风自动排水装置介绍
与常规的瓦斯抽采钻孔的封孔方式有所不同，为了实现下向钻孔压风自动排水效果，在封孔时增设了一根四分铁管到达孔底，并将该四分铁管与压风管路之间采用电磁阀相连接，通过时间控制开关设定电磁阀启动、关闭时间来设定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来排出孔底的积水和煤渣。
下向抽采钻孔封孔管件实物如图4-1所示、示意图如图4-2所示；自动排水装置实物展示如图4-3~4-5、示意图如图4-6所示。
图4-1下向抽采钻孔封孔管件实物图
图4-2下向抽采钻孔封孔示意图
图4-3下向钻孔压风自动排水装置实物图
（1）
图4-4下向钻孔压风自动排水装置实物图
（2）
图4-5下向钻孔压风自动排水装置实物图（3）
图4-6自动排水装置示意图
5.下向钻孔压风自动排水装置工作流程
（1）孔内不积水时，时间控制开关处于计时状态，电磁阀使压风管路关闭，瓦斯抽出的顺序为：
钻孔→抽放管→气水分离器→抽采管路系统。
装置运行示意图如图5-1所示。
图5-1自动排水装置运行示意图（无水时）
（2）当钻孔内有水时，需排水时，事先将钻孔内积水时间标定，将控制装置设定好，排水时间定好，以达到自动排水效果。
时间控制装置起动电磁阀⑦开启，压风管路中的高压风由⑤压风管→⑦电磁阀→⑧4分导风管→④抽采管，将孔内积水向上压出，至气水分离器②，达到气水分离，其中气由气水分离器至抽采管路①，另一路水由气水分离器②→均压放水装置③溢出，达到自动放水的效果。
装置运行示意图如图5-2所示。
（3）当设定的电磁阀开启时间结束后，压风将孔内的积水也排除了，电磁阀启动将风路关闭，抽放系统继续抽放孔内的瓦斯，其瓦斯抽出顺序为：
钻孔→抽放管→气水分离器→抽采管路系统。
整个下向钻孔压风自动排水流程示意图见图5-3所示。
图5-2自动排水装置运行示意图（放水时）
图5-3下向钻孔压风自动排水流程示意图
6.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，通过电磁阀控制压风系统与通气管的连接，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。
通过采用瓦斯抽采多参数测定仪所测定的钻孔抽采瓦斯流量、浓度、存量汇总见表6-1所示，采用压风自动排水装置的下向钻孔在接抽期间瓦斯浓度及瓦斯纯量变化趋势如图6-1、6-2所示。
表6-1下向钻孔压风自动排水抽采效果汇总表
测量
时间
瓦斯
流量（m3/min）
CH4
浓度
（%）
瓦斯
纯量
（m3/min）
测量
时间
瓦斯
流量
（m3/min）
CH4
浓度
（%）
瓦斯
纯量（m3/min）
9:
47
0.17
10.1
0.017
10:
10
0.59
18.6
0.110
9:
50
0.26
10.1
0.026
10:
11
0.58
18.8
0.109
9:
52
0.17
9.7
0.016
10:
12
0.61
19.6
0.120
9:
54
0.18
10.3
0.019
10:
13
0.6
19.5
0.117
9:
56
0.18
9.5
0.017
10:
14
0.58
20.1
0.117
9:
58
0.22
10.2
0.022
10:
15
0.59
18.8
0.111
9:
59
4.49
0
0.000
10:
16
0.64
18.4
0.118
10:
00
4.87
0
0.000
10:
17
0.59
18.2
0.107
10:
01
0.13
18.3
0.024
10:
18
0.64
18.5
0.118
10:
03
0.31
18.1
0.056
10:
20
0.61
18.4
0.112
10:
05
0.39
20.3
0.079
10:
21
0.63
20.1
0.127
10:
06
0.52
20.3
0.106
10:
22
0.62
19.6
0.122
10:
08
0.56
19.8
0.111
图6-1排水前后下向钻孔瓦斯抽采浓度变化曲线图
图6-2排水前后下向钻孔瓦斯抽采纯流量变化曲线图
由表6-1、图6-1、图6-2分析可以看出：
1、在9点59分前为由于瓦斯抽采钻孔内积存有水，影响了瓦斯抽采效果，瓦斯抽采浓度平均为10%，抽放流量为0.2m3/min，纯量为0.02m3/min。
2、在9点59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，这时由于压风导致抽采管路混合流量增大，压风排水过程中，平均流量为4.8m3/min，纯量及浓度基本为0。
3、10点零分，电磁阀设定的排水时间结束，控制压风阀门关闭，压风排水结束。
排水后积水被排净，孔内瓦斯浓度上升至20%左右，抽采混合流量升至0.6m3/min，抽采纯量升至0.12m3/min。
4、从10点零分压风排水结束后，测量30分钟内的浓度，瓦斯抽采流量及瓦斯浓度保持平稳数值，较排水前效果显着。
因此实现自动排水后，抽采孔的抽采纯量比排水前有大幅度提高，瓦斯浓度除压风开启期间骤然下降外，其余时间浓度也比排水前有所提高。
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。
该钻场2012年2月11日并网抽采至2012年3月20日，累计抽采瓦斯量6529.2m3。
2012年3月21日，防突办技术人员又对抽采效果进行了检验，经测定该处31号煤层残存瓦斯含量仅为2.31m3/t，瓦斯压力为0MPa。
由此可以看出通过瓦斯抽采，该石门揭煤区域瓦斯得到了很好的释放，消除了煤层突出危险性。
7.经验总结
（1）下向钻孔压风自动排水装置能有效的提高瓦斯抽采效果。
（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积水情况，合理设定钻孔排水周期及排水时间，防止时间过长未排水影响抽采效果或过量的供风影响抽采系统负压及抽采浓度。
通过现场考察，该地质单元区域设定为每隔4小时进行一次压风排水效果最佳。
（3）目前由于地面固定抽采泵运行负压较低，管网阻力较大，造成三水平南二石门区域孔口负压较低，影响了瓦斯抽采效果，在今后将进一步优化系统，提高孔口负压，确保抽采效果最优化。
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