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瓦斯突出礦井井筒揭煤安全技術(shù)研究

文檔作者：杜宇，蘇南丁，齊二偉文檔來源：河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月30日
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2015年第4期 中州煤炭 總第232期
瓦斯突出礦井井簡(jiǎn)揭煤安全技術(shù)研究
杜 宇，蘇南丁，齊二偉
(河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司，河南鄭州450001)
摘要：小回溝煤業(yè)煤層瓦斯含量及瓦斯壓力較高，主斜井井筒揭煤面l】缶巨大挑戰(zhàn)。以小回溝煤業(yè)為背景，運(yùn)
用超前鉆孔、突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)及效果檢驗(yàn)等一系列技術(shù)，采取遠(yuǎn)距離爆破揭煤方法，消除了揭煤過程中煤與
瓦斯突出危險(xiǎn)，保障了井筒安全順利施工。
關(guān)鍵詞：瓦斯突出；井筒揭煤；煤與瓦斯突出
中圖分類號(hào)：TD713．8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1003—0506(2015)04—0043—02
井筒揭煤的突出危險(xiǎn)性，實(shí)質(zhì)是一種能量的轉(zhuǎn)
換和釋放，未揭穿的煤層具有一定的彈性能，煤層內(nèi)
儲(chǔ)存有一定瓦斯能。揭煤過程打破了煤層原始的封
閉空間，煤層彈性能和瓦斯能瞬間釋放，尤其是高瓦
斯突出煤層，揭煤可能造成強(qiáng)烈的動(dòng)力災(zāi)害¨ 。因
此必須采取安全可靠技術(shù)措施，防止揭煤過程中煤
與瓦斯突出危險(xiǎn)。
1 工程概況
小回溝煤業(yè)為突出礦井，主斜井設(shè)計(jì)長(zhǎng)度685
m，施工過程穿過02 煤層，井筒坡度為一23。。主斜
井?dāng)嗝嬖O(shè)計(jì)為直墻半圓拱斷面，支護(hù)形式為錨網(wǎng)索
噴，掘?qū)? 300 mm，掘高3 850 mm，掘進(jìn)斷面為
17．39 m ；凈寬5 000 mm，凈高3 600 mm，凈斷面為
15．32 m 。噴射混凝土厚度150 mm，混凝土強(qiáng)度等
級(jí)C25。主斜井井筒與煤層的位置關(guān)系如圖1所
示。
圖1 井筒與煤層的位置關(guān)系
根據(jù)勘探資料顯示，02 煤層的最大瓦斯含量為
10 m。／t
，瓦斯含量增長(zhǎng)梯度為1．98 m ／(t-hm)。因
該礦為煤層群開采，且屬高瓦斯礦井，因此在井筒揭
收稿日期：2015—02—07
作者簡(jiǎn)介：杜宇(1962一)，男，河南溫縣人，高級(jí)工程師，1984年
畢業(yè)于焦作礦業(yè)學(xué)院，主要從事煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)方面的科研工作，
現(xiàn)任河南省煤炭科學(xué)研究院有限公司總工程師、安全研究所主任。
煤過程中面臨著嚴(yán)峻的突出危險(xiǎn)，必須采取安全可
靠的揭煤技術(shù)措施，保證井筒的順利施工。
2 井筒揭煤安全技術(shù)措施
井筒揭煤打破了煤層瓦斯原有的封閉狀態(tài)，若
揭煤措施不到位，極易造成煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。因
此必須采取可靠的安全措施，遵循“四位一體”的瓦
斯防治循環(huán)措施，杜絕煤與瓦斯突出危險(xiǎn) 。井筒
揭煤防突安全技術(shù)方案流程如圖2所示。
圖2 井筒揭煤防突技術(shù)方案流程
2．1 超前鉆孔探測(cè)
在井筒工作面掘進(jìn)至距離煤層頂板法距20 m
時(shí)，施工5個(gè)超前探煤鉆孔，探測(cè)煤層的賦存特征，
探測(cè)結(jié)果為：煤厚1．68 m，埋深192 m，傾角7。。另
外，在煤層防突預(yù)測(cè)中，經(jīng)常用到的指標(biāo)有煤層堅(jiān)固
性系數(shù) 值以及瓦斯放散初速度△P，這2個(gè)值通常
要通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)定獲得。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，結(jié)果表
· 43·
2015年第4期 中州煤炭 第232期
明：煤層△P=10．78，f=0．22。
2．2 煤層瓦斯壓力測(cè)定
在井筒工作面掘進(jìn)至距煤層法距10 m位置時(shí)，
施工3個(gè)測(cè)壓孔測(cè)定煤層瓦斯壓力。采用主動(dòng)測(cè)壓
法進(jìn)行測(cè)定 ，封孔采用水泥砂漿，經(jīng)水泥砂漿凝
固后，安裝壓力表并注入補(bǔ)償氣體氮?dú)?，穩(wěn)定后測(cè)得
煤層瓦斯壓力，測(cè)壓孑L 1、測(cè)壓孔2、測(cè)壓孑L 3瓦斯壓
力分別為1．40，0．68，1．21 MPa。
2．3 突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)的計(jì)算
工作面突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)D、K的計(jì)算公式
為：
D：f T0．0075H一31×(P一0．74)，K：
＼ J } J
式中，日為煤層埋藏深度，取192 m；P為煤層瓦斯壓
力，取測(cè)定的瓦斯壓力最大值1．40 MPa；△P為瓦斯
放散初速度；廠為煤層堅(jiān)固性系數(shù)。
將數(shù)據(jù)代人公式計(jì)算得：D=2．34，K=49。
根據(jù)礦區(qū)歷史資料及實(shí)驗(yàn)室研究得出的突出危
險(xiǎn)性指標(biāo)臨界值見表1，根據(jù)實(shí)測(cè)值與臨界值的對(duì)
比，可知煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，必須采取合理
的防突技術(shù)措施進(jìn)行消突。
表1 突出危險(xiǎn)性指標(biāo)對(duì)比
2．4 消突技術(shù)措施
在工作面掘進(jìn)至距離煤層頂板法距7 m時(shí)停止
掘進(jìn)，采取防突措施，施工100個(gè)穿層措施孔，通過
布置瓦斯抽、排鉆孔相結(jié)合，達(dá)到綜合消除突出危險(xiǎn)
的效果。鉆孔孔徑為94 mm，水泥砂漿封孔，封孔深
度3 m，封孔管選用(2j66．7 mm的PVC管。
2．5 效果檢驗(yàn)孔檢驗(yàn)
在距離煤層頂板法距為7 m位置，實(shí)施5個(gè)效
果檢驗(yàn)孔，利用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法對(duì)抽采效果進(jìn)
行了檢驗(yàn) 。實(shí)測(cè)的Ah，平均值隨時(shí)問變化情況
如圖3所示。其中，鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法預(yù)測(cè)的井
筒揭煤工作面突出危險(xiǎn)性臨界值見表2。
結(jié)合圖3和表2可知，經(jīng)過20 d的瓦斯抽排，
Ah，指標(biāo)明顯降至臨界范圍內(nèi)，消除了煤與瓦斯突
出危險(xiǎn)，從而達(dá)到了井筒揭煤瓦斯防治的目的。
· 44 ·
觀測(cè)天數(shù)，d
圖3 實(shí)測(cè)的△^：平均值隨時(shí)間變化情況
表2 預(yù)測(cè)的揭煤突出危險(xiǎn)性臨界值
2．6 遠(yuǎn)距離爆破揭煤
在區(qū)域及局部防突措施效果檢驗(yàn)允許后，在距
離煤層法線1．5 m處開始采用漸進(jìn)法施工，利用打
眼放炮法掘進(jìn)施工，打眼深度2．2 m，炮眼布置如圖
4所示。爆破后及時(shí)采用錨網(wǎng)索支護(hù)，采用挖裝機(jī)
配合箕斗進(jìn)行出渣。出渣完成后，架29U型鋼棚，
噴射混凝土進(jìn)行永久支護(hù)，完成后進(jìn)行下一循環(huán)施
工
圖4 漸進(jìn)法炮眼布置
采用漸進(jìn)法爆破掘進(jìn)至越過煤層底板法距2 m
處，主斜井井筒安全順利通過煤層。
3 結(jié)語
針對(duì)小回溝煤業(yè)突出礦井井筒揭煤難度較大的
現(xiàn)狀，遵照“四位一體”的綜合防突技術(shù)措施，通過
實(shí)施超前探煤鉆孔、突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、防突措施、消
突效果檢驗(yàn)及驗(yàn)證等技術(shù)措施，消除了煤與瓦斯突
出危險(xiǎn)，保證了井筒的安全施工。 (下轉(zhuǎn)第64頁)
2015年第4期 中州煤炭 總第232期
前方3．3～0 m時(shí)，頂板下沉量增至50—120 mm，頂
板離層量達(dá)到55 mm。
哈拉溝煤礦02209工作面和02210工作面過4
條空巷的技術(shù)參數(shù)和生產(chǎn)效果統(tǒng)計(jì)見表1。
由表1可知：①過空巷時(shí)采取等壓技術(shù)措施，比
未等壓條件下頂板下沉量減少70％ ～90％ ，對(duì)頂板
控制起到顯著效果，過巷效果好。② 等壓煤柱寬度
為3．0，3．3 m，等壓時(shí)間約6 h，等壓參數(shù)合理。
表1 哈拉溝煤礦過4條大斷面空巷技術(shù)與效果對(duì)比
4 結(jié)論
(1)等壓小煤柱寬度 的確定原則為煤柱的留
設(shè)寬度 ，既要有利于上方頂板的運(yùn)動(dòng)，又可以阻止
頂板的有害運(yùn)動(dòng)，達(dá)到卸壓效果。等壓小煤柱寬度
最有效的方法是通過現(xiàn)場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)特征，尤其是
工作面和空巷內(nèi)煤壁的片落等礦壓顯現(xiàn)指標(biāo)衡量。
一般取等壓小煤柱寬度 =3～4 m。
(2)等壓時(shí)間 的確定原則為由頂板彈性變形
量決定的彈性能基本釋放完畢。等壓時(shí)現(xiàn)場(chǎng)記錄并
繪制頂?shù)装逡平壳€趨勢(shì)圖，當(dāng)頂?shù)装逡平壳?
線趨于平緩時(shí)可認(rèn)為等壓結(jié)束，也可以把空巷圍巖
和等壓小煤柱A的礦壓顯現(xiàn)顯著緩和作為等壓結(jié)
束的標(biāo)志。等壓時(shí)間一般控制在4—8 h。
實(shí)測(cè)表明，工作面過大斷面平行空巷時(shí)，采取
“小煤柱等壓”技術(shù)可以顯著提高工作面控頂效果，
比未等壓時(shí)頂板下沉量減少70％ ～90％ 。
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(責(zé)任編輯：秦愛新)
(上接第44頁)
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