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高瓦斯突出煤層群井筒安全揭煤技術(shù)研究

文檔作者：耿德乾文檔來(lái)源：淮北礦業(yè)集團(tuán)毫州煤業(yè)公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月31日
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江西煤炭科技
J IANGXI C0AL SCIENCE &amp;amp; TECHN0LOGY
201i年第2期
NO．2 2011
高瓦斯突出煤層群并筒安坌揭贈(zèng)技術(shù)砜究
耿德乾
(淮北礦業(yè)集團(tuán)毫州煤業(yè)公司，安徽淮北235000)
摘要：針對(duì)新副井所揭煤層群各煤層的特點(diǎn)，按有無(wú)突出危險(xiǎn)性將煤層群分成兩組，便于進(jìn)行揭煤管理。按三階段法在
各個(gè)階段采取安全揭煤措施：法距1O m～15 m處施工前探鉆孔進(jìn)行勘探煤層及測(cè)試瓦斯壓力；法距5 m 處打排放孔進(jìn)行
突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；法距1．5 m～2 m處采取遠(yuǎn)距離放炮揭煤。進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，井筒順利揭開(kāi)煤層群。
關(guān)鍵詞：井筒揭煤層群；煤與瓦斯突出；三階段法
中圖分類號(hào)：TD713 ．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—2572(2011)O2一O058一O3
Technical Studies on Shaft Safety Uncovering in Coal Seams with High Gas Outburst
Geng Deqian
(Bozhou Coal Industry Co．，H uaibei M ining Industry Group Co．，Huaibei，Anhui 235000)
Abstract：Based on the characteristics of each coal seam of uncovered coal seam groups in new auxiliary shaft，
two groups were divided for uncovering management according tO outburst danger．Safety uncovering measures
were taken in each stage according tO three— phase approach：exploring coal seam and testing gas pressure at 10
m and 1 5 m exploration drilling before construction；outburst predicting at 5 m outlet opening：long distance un—
covering coal blowing at 1．5 m and 2 m．，which enables shaft tO uncover coal seams smoothly．
Key words：shaft uncovering coal seam ；coal and gas outburst；three— phase approach
豎井的突出危險(xiǎn)主要來(lái)自于豎井掘進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的
應(yīng)力集中、待揭穿煤層的彈性潛能及瓦斯能。當(dāng)井壁至四
周應(yīng)力集中峰值處的無(wú)突出危險(xiǎn)煤巖體構(gòu)成的安全區(qū)不
足以抵擋瓦斯壓力與地應(yīng)力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致煤與瓦斯突出的
發(fā)生。為了防止突出的發(fā)生，就要釋放井筒周圍一定范圍
內(nèi)的瓦斯膨脹能和巖石彈性變形能，使其變?yōu)闊o(wú)煤與瓦斯
、突出危險(xiǎn)安全區(qū)，阻止煤與瓦斯突出，這是豎井揭穿突出
危險(xiǎn)煤層技術(shù)的關(guān)鍵。
1 工程地質(zhì)概況
桃園煤礦為了開(kāi)拓延深的需要，在工業(yè)廣場(chǎng)范圍內(nèi)新
建新副井，新副井設(shè)計(jì)井深為855 m，是淮北礦業(yè)集團(tuán)公司
目前最深的井筒和開(kāi)采水平。在井筒施工過(guò)程中要依次
穿過(guò)2、3 、3。、4。、5 、5：、6、7：、8 、9共計(jì)1O層煤，其中7 煤
層埋深743．4 m，實(shí)測(cè)煤層瓦斯壓力達(dá)4．1 MPa，瓦斯含量
達(dá)13．77 m ／t，8：煤層埋深為771．3 m，煤層瓦斯壓力達(dá)
4．31 MPa，瓦斯含量達(dá)13．92 m。／t，打鉆噴孔達(dá)15次，最
大單孔噴煤量達(dá)7 t，井筒揭煤層數(shù)多、深度大，具有嚴(yán)重的
． 突出危險(xiǎn)性。
2 井筒揭煤施工工藝流程
· 58 ·
圖1 井筒揭煤施工工藝流程圖
井筒揭煤工藝流程如圖1所示。根據(jù)各個(gè)煤層特點(diǎn)
將煤層分成兩組進(jìn)行揭煤管理，2、3 、3。、4。、5 、5：煤作為
第一組煤層管理，該組煤層埋深相對(duì)較淺，厚度較薄，無(wú)突
出危險(xiǎn)性或突出危險(xiǎn)性較??；6。、7：、8：、9煤作為第二組煤
層管理，該組煤層埋深較大，具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。
采用“三階段法”揭煤。
2．1 距離煤層法距10 m～15 m處的安全技術(shù)措施 -
在該位置施工前探鉆孔，它有兩個(gè)作用，一是用來(lái)探
明煤層賦存和地質(zhì)構(gòu)造情況；二是用來(lái)預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)
性和取煤樣進(jìn)行突出指標(biāo)的測(cè)定。
(1)前探鉆孔布置 ·
嚴(yán)格按照揭煤措施進(jìn)行探煤工作，并保證前探鉆孔質(zhì)
量，準(zhǔn)確控制煤層層位，防止誤揭煤層，若發(fā)現(xiàn)斷層、褶曲
或煤巖層產(chǎn)狀異常等，必須增加控制鉆孔數(shù)量。前探鉆孔
布置圖如圖2所示。
圖2 探煤鉆孔布置圖
(2)取樣測(cè)試及測(cè)壓工作
施工前探鉆孔同時(shí)收集煤樣，初步進(jìn)行鉆屑指標(biāo)的測(cè)
試(參考值)；并送人實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行瓦斯放散初速度值(△P)、
煤的堅(jiān)固性系數(shù)(f)分析，結(jié)合測(cè)壓結(jié)果，計(jì)算綜合指標(biāo)D、
K值，對(duì)煤層突出危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合分析。針對(duì)桃園礦新副
井揭煤層數(shù)多的特點(diǎn)，為了保證揭煤安全及縮短揭煤工
期，對(duì)于3：、7。、8：煤層，將4個(gè)前探鉆孑L封孑L測(cè)壓，待瓦斯
壓力穩(wěn)定后，根據(jù)所測(cè)壓力結(jié)合鉆孔預(yù)測(cè)指標(biāo)判斷煤層突
出危險(xiǎn)性大小。
2．2 距離煤層法距5 m處的安全技術(shù)措施
施工至距煤層5 m(法距)處進(jìn)行開(kāi)始施工排放孔，并
對(duì)該煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)；若探煤時(shí)發(fā)現(xiàn)煤層頂板出
現(xiàn)構(gòu)造及其他異常情況，排放鉆孔施工時(shí)的法距應(yīng)及時(shí)調(diào)
整。
(1)突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)
當(dāng)井筒掘進(jìn)至距煤層5 m(法距)處時(shí)，打鉆收集煤樣，
測(cè)定煤層的各項(xiàng)突出指標(biāo)，進(jìn)行煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。測(cè)
定參數(shù)包括鉆屑解析指標(biāo)(△h：、K )、瓦斯放散初速度值
(△P)、煤的堅(jiān)固性系數(shù)(f)；收集氣樣，送實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)煤層
瓦斯成分。鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的突出臨界值，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)
數(shù)據(jù)確定，如無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可參考表1中所列的指標(biāo)值預(yù)
測(cè)突出危險(xiǎn)性。
選用表1中任一指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，當(dāng)指標(biāo)超過(guò)臨界值
時(shí)，該工作面預(yù)測(cè)為突出危險(xiǎn)工作面；反之為無(wú)突出危險(xiǎn)
工作面。
表1 鉆屑指標(biāo)法預(yù)測(cè)揭煤工作面
突出危險(xiǎn)性的臨界值表
鉆屑解吸指標(biāo)臨界值
(2)排放鉆孔布置
① 瓦斯排放鉆孑L(第一組煤層)。在煤層瓦斯壓力很
低、瓦斯含量較小的情況下采用這個(gè)方案。由于煤層瓦斯
壓力、瓦斯含量都很小，煤層不存在突出危險(xiǎn)性，采用向煤
層打排放鉆孔，保證一定的排放時(shí)間即可保證安全揭煤。
排放鉆孑L采用均勻布孔原則，鉆孔直徑90 mm，鉆孑L間距2
m，鉆孔穿透煤層0．5 m，外圈鉆孔煤層見(jiàn)煤點(diǎn)距巷道輪廓
線的距離為2M-t-2 m(M 為煤層厚度)，且不小于4 m。排
放鉆孔布置示意圖見(jiàn)圖3^
圖3 排放鉆孔布置示意圖
圖4 排放鉆孔布置示意圖
② 瓦斯排放鉆孔+金屬骨架+煤體固化(第二組煤
層)。當(dāng)煤層松軟、地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，煤層瓦斯壓力較
大、瓦斯含量較高，煤層具有突出危險(xiǎn)性時(shí)，采用向煤層打
排放鉆孔加金屬骨架的防突方法，并保證一定的排放時(shí)間
即可安全揭煤。排放鉆孔采用均勻布孔的原則，鉆孔直徑
94 ITlm，鉆孔需穿透煤層底板0．5 m，最外圈鉆孔在煤層見(jiàn)
煤點(diǎn)處距井筒輪廓線的距離為8 n 。井筒外鉆機(jī)施工4圈
鉆孑L，井筒外每圈鉆孔見(jiàn)煤點(diǎn)鉆孔間距2 m，井筒內(nèi)設(shè)計(jì)用
· 59 ·
傘鉆施工鉆孔，并可以根據(jù)實(shí)際條件多打鉆孔。待排放鉆
孔施工完畢后，鉆孔進(jìn)行掃孔沖煤工作，第二圈、第三圈排
放鉆孔中按“三星”布置插入直徑為75 mm 的花管作為金
屬骨架，金屬骨架應(yīng)穿過(guò)煤層進(jìn)入底板深度不小于0．5 m，
經(jīng)過(guò)一段瓦斯排放時(shí)間后，向鉆孔內(nèi)注人馬麗散，待其凝
固后以起到加固煤體的作用。排放鉆孔布置示意圖見(jiàn)圖
4。
2．3 距離煤層法距1．5 m～2 m 處的安全技術(shù)措施
經(jīng)過(guò)措施效果檢驗(yàn)有效后(檢驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)見(jiàn)表2)，
在距煤層法距1．5 m～2 m處采用遠(yuǎn)距離放炮或震動(dòng)放炮
揭穿煤層。揭穿煤層后，立即對(duì)過(guò)煤段進(jìn)行支護(hù)，考察煤
層產(chǎn)狀并取樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析。在井筒繼續(xù)施工過(guò)程中
應(yīng)檢查井筒位置偏斜。
3 效果檢驗(yàn)
以7煤為例具體方法是：在排放鉆孑L以外設(shè)計(jì)施工3
個(gè)測(cè)壓鉆孔，封孔后測(cè)定煤層殘余瓦斯壓力，用以檢驗(yàn)瓦
斯壓力是否降低到0．74 MPa以下。瓦斯經(jīng)過(guò)一段時(shí)間排
放后，測(cè)試結(jié)果如表2所示。
表2 殘余瓦斯參數(shù)考察鉆孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
預(yù)測(cè)指標(biāo)(max) 效檢指標(biāo)(max) 規(guī)定(濕煤) ．
耋／％hz
／Pa
m
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i
m
，
L ／ Z~h
z／Pa
m
／(
i
m
，
L
。
／ ／kh
z／Pa
m
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i
層 K1／(mL／ ／(mL／ ／(m L／ g· 是否達(dá)到要求
min1／ )
g- K1
min1／。)
g· K
min1／。)
g· 懸 占‘達(dá)到曼水
7煤 200 0．32 100 0．13 160 0．4 是
*所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)至1O年8月5日
由表2數(shù)據(jù)可知：(1)鉆孔瓦斯解吸指標(biāo)(△h：、K。)達(dá)
到表l的要求；(2)煤層殘余瓦斯壓力0．54 MPa，P

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