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紫金煤業(yè)井筒揭煤防治煤與瓦斯突出技術(shù)研究

文檔作者：李奇文檔來源：煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年08月30日
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煤炭工程 2013年第12期
doi： 10．I1799／ce201312013
紫金煤業(yè)井筒揭煤防治煤與
瓦斯突出技術(shù)研究
李 奇
(煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧沈陽 1 10016)
摘要：紫金煤業(yè)為高瓦斯礦井，原煤瓦斯壓力較大，給井筒的順利揭煤帶來較大難度，論
文介紹了井筒揭煤期間的超前探煤技術(shù)、煤與瓦斯突出性預(yù)測(cè)及判定情況，進(jìn)而采取有效的防突
措施，并按照“四位一體” 的防突方針，切實(shí)地消除了紫金煤業(yè)井筒揭煤期間的煤與瓦斯突出
危險(xiǎn)，確保了煤礦安全生產(chǎn)建設(shè)。
關(guān)鍵詞：井筒揭煤；煤與瓦斯突出；超前探煤技術(shù)；四位一體
中圖分類號(hào)：TD713 ．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671—0959(2013)12-0034-03
我國(guó)是煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的國(guó)家，突出礦井總數(shù)占
世界突出礦井總數(shù)的25％ll J。井簡(jiǎn)揭煤由于其特殊性和危
險(xiǎn)性，是一項(xiàng)技術(shù)、管理、施工、監(jiān)理等要求非常嚴(yán)格的
]一作，更是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程 。在礦井建設(shè)初期，井
筒揭穿煤層(尤其是高瓦斯突出煤層)具有較高的危險(xiǎn)性，
必須采取科學(xué)的防治煤與瓦斯突出措施。
論文按照“四位一體” 的區(qū)域綜合防突措施，在準(zhǔn)確
摸清煤層賦存的前提下，通過煤與瓦斯突出危險(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}肖除煤與瓦斯
突出危險(xiǎn)，保障了礦井的安全生產(chǎn)和建設(shè)。
1 工程概況
紫金煤業(yè)6 煤層厚1．40—3．71m，平均2．41m。6 煤層
火焰長(zhǎng)度8～40mm，抑制煤塵巖粉用量40％ ～50％ ，具有
爆炸危險(xiǎn)性，煤的吸氧量為0．80～0．93cm。／g， 自燃傾向性
等級(jí)為Ⅱ、Ⅲ類，為自燃、不易自燃煤塵。
紫金煤業(yè)井田被F 區(qū)域性大斷層分成兩塊，新建井簡(jiǎn)
位于東部新增區(qū)的先期開采地段范圍內(nèi)，地層傾向南，傾
角5?！?4。之間。先期開采地段范圍內(nèi)開采6 煤層時(shí)預(yù)測(cè)的
煤層最大瓦斯含量為14m ／t，礦井最大絕對(duì)瓦斯涌出量為
74．59m ／min，最大相對(duì)瓦斯涌出量為29．54m ／t。主立井
井筒凈直徑5．5m，凈斷面23．75m。，井深720m。
2 井筒揭煤防治煤與瓦斯突出技術(shù)方案
井筒揭煤期間的防治煤與瓦斯突出是該礦井簡(jiǎn)施T期
間最為關(guān)鍵的一步，由于在揭煤前煤層瓦斯處于完全的封
閉狀態(tài)，在揭穿煤層過程中存在煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn)，因此
必須要采取切實(shí)有效的瓦斯防治技術(shù)，堅(jiān)持“四位一體”
的瓦斯防治措施，進(jìn)而消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。井筒揭煤
防治煤與瓦斯突出技術(shù)工藝流程如圖1所示。
圖1 井筒揭煤防治煤與瓦斯突出技術(shù)工藝流程圖
3 井筒揭煤前煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)
3．1 煤層賦存情況的探定
礦井建設(shè)期間，揭煤地點(diǎn)的煤層賦存資料較少，為了
保證在揭煤前準(zhǔn)確的摸清煤層賦存特點(diǎn)，需要進(jìn)行探明煤
層賦存的情況，為進(jìn)一步的瓦斯防治提供必備的基礎(chǔ)資料。
在井筒工作面距離6 煤層20m左右位置時(shí)利用潛孑L鉆機(jī)布
置三個(gè)超前探煤鉆孑L，探明6 煤層精確位置、厚度、產(chǎn)狀，
并且對(duì)6 煤層取煤芯進(jìn)行瓦斯放散初速度△P及煤的堅(jiān)固
性系數(shù)廠值測(cè)定，超前探煤鉆孔同時(shí)兼作測(cè)壓鉆孔，鉆孔
布置示意圖如圖2所示，超前探煤鉆孔參數(shù)見表1。
收稿日期：2013—03—15
作者簡(jiǎn)介：李奇(1985一)，男，遼寧沈陽人，助理研究員，2008年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)在煤科集團(tuán)沈陽研
究院有限公司從事礦井瓦斯及通風(fēng)安全等研究。
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2013年第l2期 煤炭工程
圖2 超前探煤鉆孔布置示意圖
表1 超前探煤鉆孔參數(shù)
3．2 煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)及判定
3．2．1 煤層瓦斯壓力測(cè)定
為保證快速準(zhǔn)確的測(cè)定煤層瓦斯壓力，采用直接主動(dòng)
測(cè)壓法 ，即利用超前探煤鉆孔作為測(cè)壓鉆孑L，利用水泥
砂漿封孔，通過補(bǔ)償氣體快速測(cè)定瓦斯壓力，具體測(cè)定過
程如下：①測(cè)壓鉆孔內(nèi)插入帶有壓力表接頭的4分鍍鋅鋼
管，測(cè)壓鋼管每節(jié)長(zhǎng)度3m，為保證其氣密性，管接頭部分
采用密封膠帶纏繞，測(cè)壓室管端頭封死，以防煤巖屑及雜
物進(jìn)入堵塞管路；② 測(cè)壓室擋板處用棉布等密封，同時(shí)將
測(cè)壓管一次下人測(cè)壓鉆孑L內(nèi)；③ 封孔材料采用525 硅酸鹽
水泥、膨脹水泥、早強(qiáng)劑(或速凝劑)等，經(jīng)攪拌桶充分?jǐn)?
拌均勻成粘稠狀，利用自重人工直接注入孔內(nèi)；④ 注滿后
經(jīng)24h水泥砂漿凝固后，安裝壓力表并注入補(bǔ)償氣體氮?dú)猓?
穩(wěn)定后的壓力即為煤層瓦斯壓力，測(cè)定結(jié)果見表2。
表2 煤層瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果
3．2．2 煤的堅(jiān)固性系數(shù)及瓦斯放散初速度測(cè)定
煤的堅(jiān)固性系數(shù)-廠是表示煤抵抗外力破壞能力大小的
一個(gè)綜合性指標(biāo)。瓦斯放散初速度△P是預(yù)測(cè)煤層突出危
險(xiǎn)性的單項(xiàng)指標(biāo)之一。目前煤的堅(jiān)固性系數(shù)與瓦斯放散初
速度只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果表明：6 煤層△P=
10．748，
．廠=0．32。
3．2．3 綜合指標(biāo)D、K值的測(cè)定
工作面突出危險(xiǎn)陛綜合指標(biāo)D、 的計(jì)算公式為：
D=( 一3)×(P一0．74)
K =
式中，日為煤層埋藏深度，取596m；P為煤層瓦斯壓
力，取各個(gè)測(cè)壓鉆孔實(shí)測(cè)瓦斯壓力的最大值1．60MPa。
由上式計(jì)算得：D=9．43，K=33．59。
綜上可知，6 煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性單項(xiàng)、綜合指
標(biāo)實(shí)測(cè)值見表3。由表3可知，經(jīng)過單項(xiàng)指標(biāo)與綜合指標(biāo)的
綜合分析測(cè)算，6 煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，為此在揭
穿煤層前必須要采取消突措施。
表3 6 煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性單項(xiàng)、
綜合指標(biāo)實(shí)測(cè)及計(jì)算結(jié)果分析匯總表
4 煤與瓦斯突出防治技術(shù)
針對(duì)該礦的實(shí)際情況，采用布置瓦斯抽、排鉆孔的方
法，通過抽排相結(jié)合達(dá)到綜合消除突出危險(xiǎn)的效果。
4．1 抽采系統(tǒng)及設(shè)備
在地面建立臨時(shí)瓦斯抽采系統(tǒng)，抽采泵站的主體設(shè)備
為2臺(tái)ZWY1 10／160一G型水環(huán)式真空泵(真空泵配套電機(jī)、
氣水分離器、管路、控制閥門和循環(huán)管等一用一備)，主要
附屬設(shè)備有正、負(fù)壓放水器、防爆防回火裝置、放空管、
冷卻循環(huán)水泵、軟化水裝置、泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和避雷裝置等。
4．2 抽采鉆孔設(shè)計(jì)
對(duì)于紫金煤業(yè)井筒揭煤期間的瓦斯抽采主要用于防治
瓦斯突出，通過直接在井筒工作面向煤層布置穿層鉆孑L進(jìn)
行瓦斯抽采。本次瓦斯抽采鉆孑L可兼用原瓦斯排放孔，共
布置64個(gè)鉆孔，孔徑94mm，封孔深度3m，封孔管選用2
寸鋼管，瓦斯抽排鉆孔布置圖如圖3所示，鉆孑L參數(shù)設(shè)計(jì)
見表4。
l
如w． ,． 30-~ v33
J6
52 54 ～
圖3 瓦斯抽、排鉆子L布置圖(mm)
4．3 封孔方式及管路連接
在井筒工作面與煤層法距7m位置時(shí)利用潛孔鉆機(jī)布置
抽排鉆孔，封孔深度3m，封孑L管選用2寸PVC管，每根長(zhǎng)
5m，一端1m處焊接金屬擋板，另一端車絲扣，通過高壓
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煤炭工程 2013年第12期
膠管、管路連接器將抽采支管與主管路連接起來，利用水
泥砂漿封孔。
4．4 防治煤與瓦斯突出效果檢驗(yàn)
在鉆孔瓦斯抽、排期間，技術(shù)人員利用鉆屑瓦斯解吸
指標(biāo)法對(duì)抽采效果進(jìn)行了檢驗(yàn) ，其△ 指標(biāo)實(shí)測(cè)平均值
隨時(shí)間變化圖如圖4所示。其中，鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法預(yù)
測(cè)石門揭煤 作面突出危險(xiǎn)性的參考臨界值見表5。
表4 抽、排瓦斯鉆子L參數(shù)表
? 方位 俯角 孑L長(zhǎng) ～ 方位 俯角 孑L長(zhǎng) 孑l號(hào) 方位 俯角 孔長(zhǎng) ～ 方位 俯角 孑L長(zhǎng)
于L號(hào)角 ) )
／
于L號(hào)角 ) ) ／ 角／(。) ／(。) ／
m
于L號(hào)角 ) ) ／
1 — 0 9．53 17 134 33 l1．75 33 119 44 13．84 49 30 57 15．02
2 270 l8 10．02 l8 l62 32 l2．15 34 138 42 14．19 50 45 56 l5．22
3 321 19 9．80 l9 l90 32 12．53 35 157 42 14．54 5l 6O 56 l5．42
4 l2 19 9．5O 2O 218 32 12．15 36 176 41 14．89 52 75 54 l5．62
5 63 19 9．93 2l 246 33 l1．75 37 195 42 14．61 53 9O 53 15．82
6 l14 l8 l0．32 22 270 45 13．47 38 214 44 14．33 54 105 52 16．06
7 l65 18 1O．66 23 289 46 13．25 39 233 44 14．05 55 l2O 50 16．3O
8 2l6 18 10．34 24 308 48 l3．03 40 252 45 13．77 56 l35 49 l6．54
9 270 33 l1．35 25 327 48 l2．8l 4l 270 53 15．82 57 I50 48 l6．78
10 298 34 11．07 26 346 5O l2．59 42 285 54 15．62 58 l65 48 17．O2
ll 326 36 10．79 27 5 5l 12．36 43 300 56 l5．42 59 18O 47 17．26
12 354 37 10．50 28 24 50 12．59 44 315 56 l5．22 60 195 48 17．02
13 22 36 l0．7l 29 43 48 12．81 45 330 57 l5．O2 61 210 48 16．78
14 50 34 l0．92 30 62 48 13．03 46 345 59 14．82 62 225 49 l6．54
15 78 34 l1．13 31 81 46 13．25 47 0 60 14．66 63 240 50 16．30
16 106 33 11．35 32 100 45 l3．50 48 l5 59 14．82 64 255 52 16．06
觀測(cè)天數(shù)，d
圖4 △^ 指標(biāo)實(shí)測(cè)平均值隨時(shí)間變化圖
表5 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法預(yù)測(cè)石門
揭煤工作面突出危險(xiǎn)性的參考臨界值
4
結(jié)合圖4和表5可知，經(jīng)過20d的瓦斯抽排，△ 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)，從而有
效地達(dá)到井筒揭煤瓦斯防治的目的。
5 結(jié)語
紫金煤業(yè)為高瓦斯礦井，原煤瓦斯壓力較大，給井筒
36
揭煤帶來較大難度，文章按照“四位一體” 的區(qū)域綜合防
突措施，在準(zhǔn)確摸清煤層賦存的前提下，通過煤與瓦斯突
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
施消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，保障了主井井筒的安全施T。
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(責(zé)任編輯張寶優(yōu))

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