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高抽采率快速抽采條件下立井揭煤防突技術(shù)研究

文檔作者：李浩石必明穆朝民李耀文檔來源： 1．安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院 2．煤礦安全高效開采省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年08月31日
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第18卷第6期(總第115期)
2013年12月
煤礦 開采
C0AL MINING TECHN0L0GY
Vo1．18No．6 (Series No．115)
December 2013
高抽采率快速抽采條件下立井揭煤防突技術(shù)研究
李浩 ，石必明 ' ，穆朝民 ，一，李耀 ，
(1．安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽淮南232001；2．煤礦安全高效開采省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽淮南232001)
[摘要] 為保障高瓦斯礦井立井安全揭煤，以潘三礦深部進(jìn)風(fēng)井l3一 煤組為例，采取了主動
快速測壓技術(shù)分析煤層突出危險性，提出了扇形密集鉆孔抽采煤層瓦斯的區(qū)域防突技術(shù)措施，通過考
察：2d即可獲得煤層瓦斯壓力；僅抽采42d，煤層瓦斯預(yù)抽率達(dá)到52．8％ ，測得殘余瓦斯壓力為
0．3MPa、殘余瓦斯含量為4．3454m ／t；待揭煤層防突效果顯著，可實(shí)現(xiàn)安全、高效、快速揭煤的目標(biāo)。
[關(guān)鍵詞] 高抽采率；立井揭煤；防突技術(shù)；主動快速測壓；扇形密集鉆孔
[中圖分類號]TD713．3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1006—6225(2013)06—0086—03
Technology of M ethane Burst Prevention in Shaft Uncovering Coal
with Fast Drainage M ethod with High Drainage Ratio
LI Hao 一，SHI Bi mjng 一，MU Chao-min ，2
， LI Ya0 ，
(1．Energy＆Safety School，Anhui University of Science＆Technology，Huainan 232001，China；
2．Key Laboratory of Coal Mine Safety and High—eficiency Mining Co—founded by Education Ministry and Anhui Province，Huainan 232001，China)
Abstract：In order to ensure safety in shaft uncovering coal，taking deep air shaft uncovering 13—1 coal group of Pansan Colliery as an
example，applying fast measuring pressure technology to analyzing outburst danger，the technology of draining methane with sector in—
tensive boreholes was put forward．Application efect showed that methane pressure could be reached only in 2 days and methane drain—
age ratio reached 52．8％ within 42 days． residual methane pressure was 0．3MPa and residual methane content was 4．3454 m ／t．
outburst prevention effect was prominent and the goal of safety，high—eficiency and fast uncovering coal was realized．
Key words： high drainage ratio； shaft uncovering coal； outburst prevention technology ； fast measuring pressure； sector intensive
boreholes
礦井建設(shè)中，井巷揭煤工作是一項(xiàng)復(fù)雜而又危
險的系統(tǒng)工程，尤其對于立井井筒而言，受掘進(jìn)工
作場地的限制，井筒揭煤具有更多的特殊性和危險
性。目前國內(nèi)外立井揭煤煤與瓦斯突出防治措施主
要采用瓦斯鉆孔自然排放、鉆孑L預(yù)抽煤層瓦斯及其
他一些輔助措施，按照正常的揭煤程序每層煤平均
需3個月，這樣的速度將嚴(yán)重制約煤礦生產(chǎn)。為
此，通過對潘三礦深部進(jìn)風(fēng)井揭煤區(qū)域煤層瓦斯賦
存情況及地質(zhì)情況進(jìn)行分析，認(rèn)真總結(jié)以往井筒揭
煤的案例，嚴(yán)格按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》
和《煤礦安全規(guī)程》，詳細(xì)制定方案和施工工藝，
采用主動快速測壓法測定煤層原始瓦斯壓力，采取
扇形密集鉆孔抽采煤層瓦斯，降低瓦斯壓力，確保
安全順利揭開煤層u 。
1 煤層賦存概述
潘三礦深部進(jìn)風(fēng)井13一 煤厚3．1m，底板標(biāo)高
為一724．70m，其與12煤問隔3．15m，且12煤厚
僅為0．25 rn，為避免重復(fù)施工，拖延進(jìn)度，將13一
煤與12煤作為同一待揭煤組，設(shè)計防突方案。
2 煤層突出危險性分析
2．1 煤層原始壓力主動快速測定
在工作面距l(xiāng)3一 煤頂板最小法距10m前各施
工3個測壓孔，分別測定l3一 煤和12煤原始瓦斯
壓力。封孔裝置完全安裝結(jié)束后，采取主動快速測
壓，使用氮?dú)庾鳛檠a(bǔ)充氣體，注入氮?dú)鈮毫轭A(yù)計
煤層原始瓦斯壓力的1．5倍 J。待瓦斯壓力穩(wěn)定、
壓力值變化小于0．005MPa／d時測壓結(jié)束。
如圖1所示，僅需2d左右，即可測得壓力數(shù)
據(jù)，并按照AQ1047—2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行大氣壓修正，
最終讀取13一 煤原始瓦斯壓力最大值為2．9MPa，
12煤原始瓦斯壓力最大值為0．5MPa。
2．2 煤層原始瓦斯含量測算
測壓鉆孔施工過程中，采用DGC瓦斯含量直
接測定法測定l3一 煤、12煤的原始瓦斯含量，并
測定】3一 煤、12煤煤層瓦斯基本參數(shù)，計算煤層
瓦斯含量。對比直接測定和間接計算的原始瓦斯含
[收稿日期]2013—04—12
[基金項(xiàng)目] 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目：爆破擾動下高瓦斯低透氣性煤體的動態(tài)損傷本構(gòu)關(guān)系及應(yīng)力波傳播特征(51204007)
【作者簡介]李浩(1985一)，男，安徽宿州人，在讀碩士研究生，主要從事煤礦安全技術(shù)方面的研究工作。
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李 浩等：高抽采率快速抽采條件下立井揭煤防突技術(shù)研究 2013年第6期
n50
O-45
0．40
出035
O3O
n25
時間
(a)l3一 煤
髻 髻
H _一 __ m
圖
時間
(b)l2煤
圖1 13一 煤組原始瓦斯壓力趨勢
量，取最大值作為13一 煤、12煤的原始瓦斯含量。
得出l3一 煤、12煤原始瓦斯含量最大值分別為
8．554m ／t，0．653m ／t。
結(jié)合13一 煤組最大瓦斯壓力，判斷13一 煤具
有煤與瓦斯突出危險性，12煤不具有煤與瓦斯突
出危險性。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，煤層
瓦斯壓力P≥0．74MPa，煤層瓦斯含量 ≥8m ／t
時，必須采取區(qū)域防突措施。雖然12煤不具有煤
與瓦斯突出危險性，但作為同一待揭煤組，l3一 煤
防突措施需兼顧12煤。
3 區(qū)域防突措施
待工作面掘進(jìn)至距l(xiāng)3一 煤最小法距7m時，設(shè)
計并施工扇形密集抽采鉆孔抽采待揭煤層中瓦斯，
如圖2。
如圖2所示，鉆孔控制到井筒荒徑輪廓線外
15m內(nèi)的所有l(wèi)3一 煤、12煤煤體，共設(shè)計區(qū)域措
施孔231個，孔徑113mm，總長4491．2m，終孔間
距按照有效抽采半徑1．5m設(shè)計，鉆孔開孔間距均
在0．4m 以上。
抽采鉆孑L施工結(jié)束后，通過鉆機(jī)壓風(fēng)將鉆孔內(nèi)
的水排出，并及時用聚氨酯材料和水泥封孔。封孔
地面抽采泵站
井壁瓦航
一
15m ． 一 15m —
瓦斯抽采管 路
黑I 一
— 輯 日％ ∞％ ～
、＼
(曩)扇形密集鉆孔剖面示意
(b)工作面開孔平面示意
圖2 區(qū)域防突措施鉆孔及開孔平面
至鉆孔見煤點(diǎn)或距孔口大于10m處，鉆孔全孔使
用套管固孔防水，過煤段使用花管，以達(dá)到既防水
又不影響抽采的效果。最后，連接鉆孔孔口鐵管和
抽采軟管，由井壁抽采管路連接至地面高功率抽采
泵站
4 效果考察
4．1 區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯預(yù)抽率
扇形密集鉆孔從2o12年5月3日至2o12年6
月13日的42d內(nèi)抽采瓦斯總量為108260m 。經(jīng)計
算，煤層原始瓦斯儲量為204918m。，因此，區(qū)域
內(nèi)煤層瓦斯預(yù)抽率為52．8％ ，抽采率較高，符合
《煤礦安全規(guī)程》煤層瓦斯預(yù)抽率大于30％ 的規(guī)
定。
4．2 13一 ， 煤組殘余瓦斯壓力和瓦斯含量測定
在待揭煤區(qū)域內(nèi)施工5個效果檢驗(yàn)孔，布置在
抽采鉆孔之間，分別位于井筒中央及四周，并作為
13一 煤組殘余瓦斯壓力測壓孔使用，鉆孔施工過程
中取煤樣用于殘余瓦斯含量測算。
4．2．1 殘余瓦斯壓力主動快速測定
采取主動快速測壓的方法，待壓力表讀數(shù)趨于
穩(wěn)定后，讀取13一 煤組殘余瓦斯壓力數(shù)據(jù)，并進(jìn)
行大氣壓修正，如圖3。
由圖3可知，13一 煤組殘余瓦斯壓力最大值僅
87
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總第115期 煤礦 開采 2013年第6期
n8
n7
盞O．6
至n5
0．4
基
n1
O
圖3 13一 煤組殘余瓦斯壓力趨勢
為0．3MPa，煤層殘余瓦斯壓力遠(yuǎn)低于0．74MPa，
說明在采取扇形密集鉆孔的區(qū)域防突措施，僅抽采
42d，卸壓效果明顯。
4．2．2 殘余瓦斯含量測定
本次采用間接法和直接法測定相結(jié)合的方式，
在效果檢驗(yàn)孔施工過程中取煤樣化驗(yàn)并根據(jù)公式采
用間接法計算殘余瓦斯含量；同時，另取煤樣進(jìn)行
DGC可解吸瓦斯含量直接測定，鑒于DGC直接測
定的殘余瓦斯含量大于間接法計算的殘余瓦斯含
量，本次選擇DGC直接測定的殘余瓦斯含量作為
最大殘余瓦斯含量，測定結(jié)果如表2所示。
表2 13一 煤組殘余瓦斯含量
由表2 可知，殘余瓦斯含量最大值為
4．3454m ／t，遠(yuǎn)低于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》
不大于8m ／t的要求。鉆孔抽采瓦斯后，煤體內(nèi)瓦
斯含量已大大降低。
綜上所述，待揭煤層殘余瓦斯壓力和含量均低
于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求，但是受到
技術(shù)條件、測量誤差和待揭煤層復(fù)雜地質(zhì)條件的制
約，需要待工作面向前推進(jìn)至距待揭煤層頂板最小
法距5m，2m時進(jìn)行突出危險性區(qū)域效果驗(yàn)證，確
保揭煤安全。
4．3 突出危險性區(qū)域驗(yàn)證和最后驗(yàn)證
在井筒工作面距13一 煤頂板最小法距5m，2m
前，采用綜合指標(biāo)D， 值和鉆屑瓦斯解析指標(biāo)
( 值)、鉆屑量s值分別對13一。煤、12煤進(jìn)行區(qū)
域驗(yàn)證和最后驗(yàn)證。區(qū)域驗(yàn)證突出危險性和最后驗(yàn)
證綜合指標(biāo)見表3。
表3 13一。煤組區(qū)域驗(yàn)證和最后驗(yàn)證突出危險性綜合指標(biāo)
由表3可知，待揭區(qū)域13一 煤、l2煤突出危
險性綜合指標(biāo)D值、K值、K 值、s值均低于
《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》所要求的臨界值，說明
待揭煤層已不具有煤與瓦斯突出危險性，無需采取
工作面防突措施，可以按照相關(guān)規(guī)定揭煤。
5 結(jié)論
結(jié)合潘三礦深部進(jìn)風(fēng)井實(shí)際情況，經(jīng)過主動快
速測壓技術(shù)分析煤層突出危險性、扇形密集鉆孔抽
采瓦斯，再通過區(qū)域效果考察、區(qū)域驗(yàn)證等措施，
得出以下結(jié)論：
(1)使用主動測壓法，測壓2d即可獲得煤層
瓦斯壓力相關(guān)數(shù)據(jù)，效率大幅提高；采用扇形密集
鉆孔抽采煤層瓦斯，僅用42d，煤層瓦斯預(yù)抽率即
高達(dá)52．8％，與傳統(tǒng)的3個月預(yù)抽率45％ 的方法
相比提高較多。
(2)在高抽采率、快速抽采條件下，13一 煤
組區(qū)域內(nèi)殘余瓦斯壓力最大值為0．3MPa，殘余瓦
斯含量為4．3454m ／t，符合《防治煤與瓦斯突出
88
規(guī)程》和《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)要求，防突效
果明顯。
(3)待揭煤區(qū)域13一 煤、12煤所有突出驗(yàn)證
指標(biāo)均小于臨界值，效果檢驗(yàn)孔打鉆過程中無噴
孔、頂鉆等異常現(xiàn)象，13一 煤、12煤無突出危險
性?？梢园踩议_13一 煤和12煤，實(shí)現(xiàn)安全、高
效、快速揭煤的目標(biāo)。
[參考文獻(xiàn)]
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采，2007，12 (1)：71—73．
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術(shù)[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39(6)：39-41．
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[責(zé)任編輯：李宏艷]

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