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固化法防突石門揭煤技術(shù)研究

文檔作者：周堅高，徐西亮文檔來源：淮南職業(yè)技術(shù)學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月31日
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能源技術(shù)與管理 2011年第3期
doi：10 3969／j．issn．1672—9943．2011．03．013
固化法防突石門褐煤枚 研究
周堅高，徐西亮
(淮南職業(yè)技術(shù)學院，安徽淮南232035)
[摘要] 通過固化防突技術(shù)石門揭煤的可行性分析，經(jīng)現(xiàn)場試驗，得出向突出危險煤層壓注
固化劑，提高了煤體強度，增強了卸壓區(qū)煤體強度，消弱了瓦斯?jié)撃艿尼尫?，真正?
現(xiàn)了安全快速揭煤。
[關(guān)鍵詞] 固化防突；石門揭煤；措施選擇；注漿固化
[中圖分類號]TD713[文獻標識碼]B [文章編號]
0 引 言 2 固化防突技術(shù)石門揭煤的可行性分析
石門揭開突出危險煤層，是煤炭生產(chǎn)企業(yè)在
巷道掘進過程中一項十分危險又不得不面對的工
作。目前石門揭煤常用的防突措施有超前鉆孔卸
壓、預(yù)抽排瓦斯、水力沖孔、金屬骨架等。這些措施
雖對突出起到了一定的防治作用，但沒有從根本
上考慮在突出中起決定作用的煤體強度和瓦斯釋
放條件，而只是著眼于煤巖彈性能和瓦斯?jié)撃艿?
釋放。
常規(guī)的防突措施一般都使煤體受到不同程度
的破壞，降低了煤體的自身承載能力和對突出的
抵御作用，對松軟煤層或地質(zhì)構(gòu)造破碎帶，影響更
為嚴重，而這些區(qū)域正是突出的多發(fā)區(qū)。
1 固化防突技術(shù)石門揭煤的意義
固化防突技術(shù)可以克服常規(guī)措施的不足，它
是通過向煤層中壓人性能適宜的固化劑，使其滲
入到煤層中的裂隙和孔隙。
經(jīng)過固化充填，第一方面，可提高煤體強度，
增大煤體自身承載能力，使外部煤體阻滯突出的
作用得以加強；第二方面，由于固化充填封閉了煤
層內(nèi)的裂隙和孔隙，在煤、瓦斯平衡體系遭到突然
破壞時，可阻滯煤層內(nèi)的吸附瓦斯在瞬間內(nèi)突然
釋放，降低瓦斯?jié)撃芟蛲怀鰟幽艿霓D(zhuǎn)化；第三方
面，通過固化，掘進巷道頂板支護可以顯著改善。
固化前，煤體破碎，極易造成頂板垮落，甚至冒頂，
巷道頂板支護十分困難。煤體固化后，巷道周邊的
固化圈已成為較為穩(wěn)固的柔性結(jié)合體，具有較好
的穩(wěn)定性，施工時不會立即垮落，給頂板支護贏得
了寶貴的時間。另外，煤層經(jīng)過固化處理后，揭煤
時間可以大大縮短。
所謂固化防突，就是向松軟煤體中壓注適應(yīng)
煤層特性的固化液，使其在一定壓力下，滲透于煤
體裂隙和孔隙之中，使煤的內(nèi)表面形成粘合膠結(jié)，
改變煤的不均質(zhì)性，提高煤體強度和自身承載能
力，增加煤與瓦斯突出時的阻力。同時封閉和凝固
固化范圍內(nèi)的瓦斯，減緩或阻止壓縮的瓦斯勢能
轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，而使瓦斯?jié)撃茆g化，從而達到防突的
目。首先，沿巷道周邊在煤層中打若干穿透煤層的
壓注鉆孔，從打鉆開始到壓注固化液期間，鉆孔周
圍的瓦斯得到較長時間的自然排放，在壓注固化
液時，固化液擠壓瓦斯而占據(jù)其孔隙，使瓦斯從相
鄰鉆孔排出，削弱了瓦斯在煤層突出中的作用。其
次，送入鉆孔的注液管路起到了金屬骨架的作用，
超前支護巷道，增強巷道的支護強度。再次，壓注
的固化液使鉆孔切割后的煤體及附近煤體固化膠
結(jié)為一個整體，提高了煤體自身的承載能力，同時
固化液把注液管與鉆孑L的孔壁緊緊地固結(jié)在一
起，成為一組全長錨固的“大錨桿”，有效的加固了
巷道周邊的煤層。在具有突出危險l生的煤層中，由
于充滿高壓瓦斯的裂隙和孔隙的存在，使煤體強
度降低，當煤層壓注固化液后，固化液進入和充填
這些裂隙和孔隙，可相應(yīng)的提高煤體強度，從而提
高煤體抵抗外載荷的能力，減少其突出危險性。
3 現(xiàn)場試驗
3．1 概述
安徽淮南潘一礦是淮南礦業(yè)集團公司第一座
大型現(xiàn)代化礦井，屬于典型的高瓦斯突出礦井。
13—1煤層是潘一礦的主采煤層之一，煤厚4．8～
7．5 m，瓦斯含量達到了15 m3／t左右，嚴重制約了
2011年第3期 周堅高，等固化法防突石門揭煤技術(shù)研究 29
掘進的單進水平，平均月進僅90 m左右。
3．2 突出危險性預(yù)測
經(jīng)測試可知13—1煤層有嚴重的突出危險，揭
開煤層前必須采取防突措施來消除突出危險性。
3．3 防突措施的選擇
由于突出煤層是強度非常低的軟分層，且煤
層是不均質(zhì)體，受不同的節(jié)理、層理等方面的影
響，其不同方向的強度是不相等的，這些界面的破
壞往往更有利于突出的發(fā)生和發(fā)展。因此，從增強
煤體強度的角度出發(fā)，采取固化煤體的方法來預(yù)
防煤與瓦斯突出。
3．4 注漿固化施工工藝
注漿工藝流程如圖1所示。
『材料、儀器下井l
● ●
J施工現(xiàn)場準備I 『施：I=儀器準備I
I I
風源、水和清洗劑的準備I l高壓管、風動泵及槍的檢查
I
儀器連接與沖洗
●
封 L及注漿
l
換 L注漿、沖洗管路和混合槍
I
用油和水清洗多功能泵和槍
I
施1：完畢關(guān)閉風源及清理現(xiàn)場
圖1 注漿工藝流程
3．5 煤體固化后的效果
原本松散、碎粒狀的煤體，固化后成為軟綿狀
的結(jié)合體，其整體性明顯加強；由于煤體中高壓注
入大量固化劑，滲透到煤體裂隙中，固化后，堵塞
了煤體中的裂隙、孔隙，從而阻斷了瓦斯涌出通
道，致使掘進工作面瓦斯涌出量顯著下降；煤體固
化后，巷道周邊的固化圈已成為較為穩(wěn)固的柔性
結(jié)合體，具有較好的穩(wěn)定性，施工時不會立即垮
落，給頂板支護贏得了寶貴的時間。
3．6 防突措施效果檢驗
根據(jù)《防治煤與瓦斯防突細則》要求，防治突
出措施實施必須采取效果檢驗，待全部固化工作
結(jié)束4 h后，對固化區(qū)域的煤體進行防突效果檢
驗。檢查孔數(shù)為4個，其中巷道中間1個(位于測
壓孔之間)，其它3個孔位于巷道上部和兩側(cè)，終
孔位置位于措施控制范圍的邊緣線上。若檢驗結(jié)
果，各項指標值均在突出危險陛臨界值以下，可確
認防突措施有效，否則必須采取補救措施，直到解
除工作面突出危險性。
本次試驗采用鉆屑指標法(最大鉆屑量和鉆
屑瓦斯解吸指標)進行效果檢驗。在傾斜煤層和急
傾斜煤層煤巷中，沿工作面打兩個預(yù)測鉆孑L；在緩
傾斜煤層中，則需要打3個預(yù)測鉆孑L，鉆孔孔徑為
42 mm，深為8—10 m，鉆孑L分布如圖2所示。
圖2 鉆屑指標法的鉆孔布置圖
鉆孔每打1 m，測定鉆屑量一次，鉆孔每打2 m，
需測定一次鉆屑解吸指標。根據(jù)每個鉆孔沿孔長
每米最大的鉆屑量s～ 和鉆屑瓦斯解吸指標／th
來預(yù)測工作面的突出危險眭。
突出的臨界值為：Js， 6 kg／m或S～=5．4 L／m，
A hz=200 Pa。所有指標只要有一項超限，則視為有
突出危險。
防突措施完成后，經(jīng)檢驗各項指標都不超限，
亦即煤層已消除突出危險性，便可按照規(guī)程進行
揭煤。
4 結(jié)語
通過對潘一礦的現(xiàn)場試驗，可以得出如下結(jié)
論：①向突出危險煤層壓注固化劑，提高了煤體強
度，增強了卸壓區(qū)煤體防突出的能力；同時由于固
化液充填固化了煤層中的裂隙和孔隙，降低了煤
層的孔隙率，減緩了吸附瓦斯向游離瓦斯的轉(zhuǎn)化，
減少了參與突出的瓦斯量，從根本上消弱了瓦斯
潛能的釋放。②煤層經(jīng)固化處理后，石門揭煤時間
僅為原揭煤時間的三分之一甚至更短，真正實現(xiàn)
了安全陜速揭煤。③固化防突措施具有工藝簡單，
適應(yīng)性廣，經(jīng)濟合理，安全可靠，用時少，效率高的
優(yōu)點。④ 由試驗現(xiàn)場得出的結(jié)論成功驗證了固化
防突的原理和數(shù)值模擬的結(jié)果的正確性，表明固
化防突是石門揭煤的一種有效的防突措施。
[參考文獻]
[1]孫家斌，孫賢斌．蘆嶺煤礦特厚低透氣性煤層瓦斯綜
合治理技術(shù)與實踐[J]．礦業(yè)安全與環(huán)保，2OOO(8)
[作者簡介]
周堅高(1954一)，男，安徽南陵人，高級講師，現(xiàn)在淮南
職業(yè)技術(shù)學院主要從事礦井通風與安全相關(guān)的教學與研
究工作。 [收稿日期：2010—10-29]

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