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石門揭煤固化技術防止煤與瓦斯突出的應用

文檔作者：朱俊奎文檔來源：貴州省煤礦設計研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月30日
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201 1年第1期 煤炭工程
石門揭煤固化技術防止煤與
瓦斯突出的應用
朱俊奎
(貴州省煤礦設計研究院，貴州貴陽550025)
摘要：文章介紹松河礦井在+1580軌道石門揭煤前采用注漿固化煤層，通過改變煤層原有
物理結構，提高煤層的應力狀態(tài)，增強阻礙煤與瓦斯突出的潛能，安全順利地揭開突出煤層。
關鍵詞：石門揭煤；固化煤體；固化防突
中圖分類號：TD713 ．2 文獻標識碼：B 文章編號：1671—0959(2011)01-0039-03
l 概述
松河礦井1580軌道石門掘進過程中分別揭穿292、
291 272 271、18 17 16 15 12 11 9、62 51 1
+3煤層。本礦井17煤層厚度為0．69～7．58m，夾矸層為0
～ 10層；18煤層厚度為0～8．36m，夾矸層為0～4層，各
煤層厚度變化較大，煤層頂板均以粉砂巖、泥巖、細砂巖
或泥質粉砂巖為主，底板以泥巖或炭質泥巖、粉砂質泥巖、
細砂巖、粉砂巖或細砂巖為主，煤層傾角在24?！?1。。礦
井在揭露17、18號煤層時，采用煤層固化技術揭煤，提高
了施工進度和安全可靠性。
2 工作面突出危險性預測
石門揭煤工作面采用綜合指標法對其突出危險性進行
預測，在工作面適當位置布置3個鉆孔測定煤層瓦斯壓力，
在測壓鉆孔中每米采一個煤樣測定煤的堅固性系數(shù)，把每
個鉆孔中堅固性系數(shù)最小的煤樣混合后測定煤的瓦斯放散
初速度。綜合指標法評價工作面突出危險陛的計算如下：
D =(0．O072H／f一3)(P一0．74) (1)
K =△P／，1 (2)
式中D——煤層突出危險性綜合評價指標；
— — 煤突出危險性綜合評價指標；
日——煤層的埋藏深度，m；
P—— 煤層瓦斯壓力，取各個測壓鉆孔實測瓦斯壓力
的最大值，MPa；
△JP——軟煤分層的瓦斯放散初速度；
7L 軟煤分層的堅固性系數(shù)。
綜合指標法預測工作面瓦斯突出危險性的臨界值按表1
取值。當D、足同時大于或等于臨界值時，評價為突出危險
工作面。如果式(1)中兩個括號內(nèi)的計算值均為負時，無論
D值大小，評價為無突出危險工作面；其余情況下，均預
測為無突出危險工作面。
表1 綜合指標D、 預測煤層區(qū)域
突出危險性的臨界值
綜合指標 綜合指標
無煙煤 其它煤種
O．25 2O l5
17、l8號煤層各項參數(shù)指標測定結果見表2。
表2 17、18煤層各項參數(shù)指標測定結果表
采用綜合指標法得到l7煤層的綜合指標中D=11．35>
0．25、K=26．0>15，18煤層的綜合指標中D =8．544>
0．25、K=31．85>15，不論是從單項指標還是綜合指標上
分析，都超過《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》規(guī)定的臨界值。
從以上結果可以看出，該礦井1580軌道石門揭露的l7、18
號煤層具有突出危險性，應在揭煤過程中引起高度重視，
須采取煤與瓦斯突出防治措施。
收稿日期：2010—10—10
作者簡介：朱俊奎(1978一)，男，貴州遵義人，工程師，2003年畢業(yè)于焦作工學院，現(xiàn)在貴州省煤礦設計院從事礦井
設計、礦區(qū)總體規(guī)劃、安全技術等方面的工作。
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煤炭工程 201 1年第1期
3 石門揭煤防治煤與瓦斯突出措施
石門揭煤工作面防治突il{措施可采用抽放瓦斯、水力
沖孑L、排放鉆孑L、金屬骨架等措施。結合松河礦井的實際
情況，主要采用抽放瓦斯措施，即在石門丁作面揭開煤層
前，向石門所揭煤層布置抽放鉆孔，先對所揭煤層的瓦斯
進行預抽；其次打注漿鉆孔向所揭煤層四周灃射同化劑(礦
物樹脂)，將石門四周煤(巖)體固化和增加金屬棚支護等
綜合防治突出措施。
3．1 瓦斯抽放措施
在石門工作面掘至離煤層垂距為5．Om『l『，向白門輪廓
線外8m的煤層內(nèi)布置抽放鉆孔。抽放鉆孔設計呈=i花眼布
置，鉆孑L直徑為75ram，鉆孑L終孔間距為3m。同時， 向
門輪廓線外lOm(底部6m)處施丁4個檢驗抽放效果的測樂
鉆孔，根據(jù)壓力表的讀數(shù)變化情況，作為拙放效果的檢驗
依據(jù)。若在抽放瓦斯過程中，壓力表的讀數(shù)還在f 升，則
必須繼續(xù)抽放；若壓力表的讀數(shù)小于0．74MPa，且早下降
趨勢，則說明抽放效果有效。
3．2 固化煤體的防治措施
3．2．1 煤體固化原理
煤是多孔隙和裂隙的物質，由于孔隙和裂隙的存在，
從而使瓦斯以游離或吸附狀態(tài)賦存于煤體中。在石門揭開
突出煤層前，在巷道周邊布置鉆孔，向煤層壓注固化液，
使固化液體進入到煤層的裂隙和孔隙之中，充填裂隙、孑L
隙，固化膠結煤體，提高煤體的強度，凝同瓦斯、鈍化瓦
斯，增強阻礙煤與瓦斯突出的潛能，從而降低煤與瓦斯突
出的危險性，達到防止煤與瓦斯突出的目的。
3．2．2 注漿固化施工工藝
1)注漿鉆孔的施工。在石門工作面距煤層法線5．Om、
石門巷道頂板輪廓線4m、底板輪廓線2m范同內(nèi)，向煤層
施工注漿鉆孑L，鉆孔終孑L穿過煤層0．5m，鉆孔間距2m，
孔徑42mm。打孔時可先用錨桿機打直徑42mm，冉用錨索
機將孑L延深至設計深度。待每個注漿鉆孔施 完，預留注
漿管后封孔，全部鉆打完后，再丌始封孔，封孔長度不小
于5m。注漿鉆孑L布置如圖1所示。
?
＼
N々— — · I
圖1 注漿鉆子L布置圖(m)
2)注漿前先檢查泵及管路連接情況，A組份吸入端接
入泵的白色輸入管，B組份吸入端接入泵的黑色輸入管。
帶壓力表的管路為A組份輸出管路，并檢查泵及管路是否
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通暢。注漿結束后，用機油清洗泵和注漿管路。
3)注漿施_r1-藝。檢查泵及注漿管路的連接等情況一
打丌A輸出閥門一沖開封孑L器壓力塞一打開B輸出閥門一
開始注漿一暫停注漿一用A組份沖洗混合管lOs一結束注
漿一用機油清洗泵和注漿管路，取¨j混合管內(nèi)攪拌器洗凈。
3．2．3 注漿材料選擇及注漿同化液量
為了有效地提高 門揭穿的突出煤層煤(巖)體的強度，
選用德國巴斯夫公司牛產(chǎn)的美同364注漿材料，該材料具
有阻燃性(反應最高溫度低于IO0~C)，流動時間為1min左
右，凝固時間為2rain。美同364材料是一種雙組分可溶性
硅酸鹽樹脂，適用于穩(wěn)定煤層和巖層、固化破碎煤層、巖
層及采煤T作向，其滲透性極強，可滲透到0．14mm 以上
寬度的縫隙，在對結構強度和韌性要求較高的條件下具有
超快速反應特性。煤層注漿介質可以視為宅隙滲透模型，
可按有炎滲透理論塒注漿參數(shù)進行計算 ‘：
= kuA6hrrr (3)
式中w— — 注漿 ，10 kg；
一? 注漿i『【i耗系數(shù)，一般取1．1～1．2；
n——注漿介質煤體的空隙率，％ ；
A一一漿液濃度，kg／m ；
6— — 漿液充填系數(shù)，取0．75；
— — 注漿孔在煤層中的長度，m；
r— — 漿液的擴散半徑，111。
4 煤層注漿固化后效果
根據(jù)對礦井17煤層注漿固化后試驗，注漿15min后粘
結強度可達到1MPa，半小時后達到3MPa，7d后抗壓強度
達到30MPa。由于 漿后改變了圍巖的松散結構，提高了
粘結力和內(nèi)摩擦角，因此對封閉裂隙，阻止水、空氣對煤
(巖)體的侵蝕，以及對提高煤(巖)體強度效果顯著，礦井
17煤層注漿試驗結果見表3，實測壓力與時間曲線如圖2
所示
表3 17煤層注漿試驗結果
Z
，＼．
／ 、／，
／
0 2 4 6 8 1O 12 14 l6 l8
時 J／min
圖2 實測壓力與時間曲線
煤層注漿固化后，采用鉆屑指標法對固化區(qū)域的煤
體進行防突效果檢驗，各項指標值均在突出危險性臨界值以
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201 1年第1期 煤炭 工程
大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究
王占銀，侯樹宏，張偉
(神華寧夏煤業(yè)集團有限責任公司羊場灣煤礦，寧夏銀川751410)
摘要：以神寧集團主力生產(chǎn)礦井羊場灣煤礦為實例，對大采高回采的礦壓顯現(xiàn)進行了研究，
得出了大采高回采礦壓顯現(xiàn)基本規(guī)律。實踐表明：大采高工作面周期來壓規(guī)律明顯，來壓強度大，
工作面中部壓力較集中。為類似地質條4q-T大采高綜采工作回采頂板管理提供了參考依據(jù)。
關鍵詞：大采高面；破碎圍巖；礦壓顯現(xiàn)規(guī)律
中圖分類號：TD326 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0959(2011)01-0041-03
隨著采煤技術的不斷發(fā)展，大采高綜采技術目前已成
為我同厚煤層開采的主導采煤方法。但由于開采煤層賦存
條件、開采設備及煤巖力學性質的差異性，大采高綜采_[
作面的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律也具有一定的差異性。羊場灣煤礦二
分區(qū)2 煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，頂板破碎，煤壁側壓大，主要
表現(xiàn)為工作面來壓期間煤壁片幫嚴重、頂板易冒落，采場
管理難度增大。通過對羊場灣煤礦二分區(qū)Y212大采高綜采
工作面初采初放期間的礦壓顯現(xiàn)進行觀測，統(tǒng)計分析了大
采高綜采T作面的礦壓規(guī)律、支架受力特點，這對以后類
似開采地質條件下大采高綜采工作面的安全、高效斤采具
有指導意義。
1 開采地質條件
羊場灣煤礦是神華寧煤集團的大型主力生產(chǎn)礦井。
Y212工作面布置在2 煤層，總體處于單斜構造，平均傾角
12。，夾矸以上煤層平均厚度6．0in，工作面傾向長248na，
走向長21 10m。其回采巷道采用錨一索一網(wǎng)聯(lián)合支護方式。
工作面?zhèn)雾敒樘抠|泥巖，直接頂為細砂巖，老頂為中砂巖
夾粉砂巖， 中間夾一層厚約0．1～0．3m 的夾矸；直接底為
下，實踐證明，通過17號煤層的注漿固化技術，有效地防
止了煤與瓦斯突出。
5 結語
1)石門揭開突出煤層時，通過在注入高強度美固364
漿液后形成的強筋骨，提高了煤體自身強度，有效地改變
煤體的物理力學性質從而起到防止煤與瓦斯突出的作用。
2)煤巖體注漿固化技術，操作簡單、方便，適應性比
較廣。通過+】580軌道石門的實踐應用，安全快速的通過
泥巖，老底為細砂巖，具體頂?shù)装鍘r性如圖1所示。
地 巖石 稱 煤巖 柱狀 厚度 煤巖層特征描述
層 (1： 100) ／m
老 一}J砂巖絀 灰白色，Jr-]丟狀，節(jié)理、
頂 砂巖互 — __一 1 2 71 層理發(fā) ；中『HJ夾‘層
厚0．1m的煤線：
直 淺灰色
接 細砂巖 ： ，以 K 、 英為
： ：：； 6 34 主
， 頂 硅質膠結。f=4～5
偽 炭質 巖 一|一|一 0 44 灰 色，層 發(fā)育，遇
頂 ／ ＼ 水易變軟 f=2～3
— —
』 穩(wěn)定，黑色，塊狀，半暗
層 二煤 7
．3
型煤，煤層下部見一層厚
煤 0．3rnf~',J炙矸 ．■煤：_廠=1～
2；爽矸：2～
直 ＼ ／
接 巖 0
．99
淺黑色，層理發(fā)育，遇水
底 變軟，l，=2～3。
老 淺狄色，成分以 英為
底 細砂巖 4．29 主
， 硅質膠結，f-4～5。
圖I 工作面煤層綜合柱狀
突Ⅲ煤層，為石門揭煤提供了成功經(jīng)驗。
參考文獻：
[1] 李建銘．煤與瓦斯突出防治技術手冊[M]． 徐州：中國礦
業(yè)大學出版社，2010．
[2] 張子敏，張玉貴．瓦斯地質規(guī)律與瓦斯預測[M]．北京：
煤炭工業(yè)出版社，2007．
[3] 宋彥波，劉洪濤，李英明．有機高水注漿堵水材料堵水機理
分析[J]．煤炭科學技術，2004，32(11)：18—20．
(責任編輯張寶優(yōu))
收稿日期：2010—09—25
作者簡介：王占銀(1971一)，男，寧夏中寧人，采礦工程師，1995年畢業(yè)于阜新礦業(yè)學院，長期從事煤炭生產(chǎn)管理工
作，現(xiàn)為神華寧夏煤業(yè)集團羊場灣煤礦剮礦長。
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