深立井探揭煤防突设计应用

深立井探揭煤防突设计应用

张晓军

中煤第五建设有限公司第三工程处   江苏 徐州 221000

摘要：随着探揭煤防突设计的技术的进步，对深立井揭煤前进行有效的探揭煤防突设计，进行突出煤层管理，根据实际瓦斯压力和含量测定结果执行消突措施。采用瓦斯预抽率、残余瓦斯压力、残余瓦斯含量及钻孔施工过程中是否出现喷孔、顶钻等动力现象进行区域防突措施效果检验，有效的控制了因揭煤时瓦斯突出带来的安全风险。

关键词：前探、瓦斯含量、压力测定、危险性预测、区域防突措施、钻孔设计、效果检验、

1突出危险性评估

1.1根据检查孔取样测试结果和附近钻孔进行比较：揭煤层坚固性系数f=0.84，瓦斯放散初速度ΔP=6，原始瓦斯含量7.49m³/t。按照突出煤层管理，根据实际瓦斯压力和含量测定结果执行消突措施。

2前探

2.1前探钻孔设计

井筒工作面距揭煤顶板距10m前, 施工3个前探钻孔，探明井筒揭煤层赋存情况。

2.2施工要求

所有前探孔必须测斜，并且1#、2#全孔取芯。前探钻孔施工过程中，详细记录钻孔开孔位置、见煤深度、止煤深度、孔深等，同时记录施工期间喷孔、顶钻等异常现象，准确掌握煤层赋存条件、顶底板岩性、构造及瓦斯情况。钻孔施工结束后应当带压注浆封孔，确保全孔封闭注实，并记录封孔情况。

3瓦斯含量、压力测定（取样）

3.1测压钻孔设计

井筒工作面距煤顶板法距10m前, 施工3个测压孔，测煤原始瓦斯含量W和综合原始瓦斯压力P，其中2#测压孔用2#前探孔兼做，3#孔终孔控制到井筒荒径轮廓线15m外的煤体，测压孔终孔分别布置在注浆帷幕内、外。

3.2施工要求

先用Φ113mm钻头施工至煤见煤前2～4m，注浆注实，24小时后用Φ94mm钻头沿原钻孔施工至煤底板0.5m；采用“两堵一注”封孔方式，封孔至见煤点；所有测压孔必须测斜。

3.3封孔、测压

采用“两堵一注”下向孔快速测压法，测压钻孔施工完后，立即封孔，完成封孔24小时后进行测压工作。

4区域防突措施

井筒工作面施工至距煤顶板最小法距10m前停头，对煤线区域采取区域综合防突措施，施工区域防突措施钻孔。

4.1钻孔设计

若P≧2MPa，井筒工作面距煤顶板法距10m位置停头，采取穿层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施：设计11圈共计374个抽采孔，钻孔量为10393.8m，钻孔控制到揭煤处井筒荒径轮廓线外不小于15m，且钻孔控制范围的外边缘到井筒荒径轮廓线的最小距离不小于7m的煤体。钻孔按照有效抽采半径不大于1.5m设计，开孔间距0.5m以上，所有措施孔必须穿过煤并进入煤底板不小于5m。

若P＜2MPa，井筒工作面距煤顶板法距10m位置停头，采取穿层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施：设计10圈共计328个抽采孔，钻孔量为8742.4m，钻孔控制到揭煤处井筒荒径轮廓线外不小于12m，且钻孔控制范围的外边缘到井筒荒径轮廓线的最小距离不小于5m的煤体。钻孔按照有效抽采半径不大于1.5m设计，开孔间距0.5m以上，所有措施孔必须穿过煤并进入煤底板不小于5m。

4.2钻孔施工前期准备工作

井壁外扩：打钻前，井筒荒径往外扩0.5m，高度2.6m，同时要做好井壁临时支护及喷注浆，确保有足够空间在井壁施工最外2圈钻孔，最外2圈钻孔在揭煤期间能留住并保持连续抽采。

打地坪：打钻前，底板浇筑0.5m厚水泥地坪封底，外高内低，坡度至少3°，同时在井筒中心设水泱子（长*宽*深=1m*1m*0.8m），方便集中排水，避免打钻地点积水。

  井底安设钢圈：安设枕木+圆形“工”字钢梁+地锚组合，底板安装4圈钢圈，钢圈用厚90mm工字钢制作，钢圈底下垫长道木（宽×高×长=200mm×200mm×3400m）和枕木（宽×高×长=20mm×20mm×300m），钢圈通过地锚固定，钻机可在钢圈上固定和移动。

  预埋抽采管路：主管路采用Φ325mm的瓦斯管路，在距离施工钻孔前约20m处，安装一个Φ325mm变2个Φ108mm三通变头；打钻前4模，在井壁预埋Φ108mm抽采管路2路，上面与Φ325mm主管路连接，下面与井壁四周布置Φ108mm抽采管路（含合茬多通）连接，用于合茬抽采最外2圈钻孔，揭煤期间保持连续抽采。距离施工钻孔前10m处再加装一个Φ325mm变2个Φ159mm三通变头，井筒内布置2路Φ159mm抽采管路，上面与Φ325mm主管路连接，下面与绕井井壁四周布置的Φ159mm抽采管路（含合茬多通）连接，用于合茬除最外2圈以外的钻孔。

钻机油箱和开关放置在吊盘的平台上，钻机主机、操作台放在井底工作面，油箱和钻机通过加长油管连接。

揭煤打钻前，将视频光纤敷设到迎头，安装视频设备，确保揭煤打钻视频接入矿视频监控系统。

5区域措施效果检验

措施孔检验合格且预抽率达到要求后，根据评价单元内瓦斯抽采量计算煤层的残余瓦斯含量和残余瓦斯压力，达到要求指标后，在区域防突措施孔控制范围内施工效检孔5个，效检孔开孔布置在措施孔之间，终孔控制到措施孔控制范围的中部及四周，至少有一个效检孔控制到距措施孔控制范围外边缘不大于2m的位置。效检孔施工过程中，采用瓦斯

含量直接测定法测定残余瓦斯含量Wc，安装压力表直接测定煤层残余瓦斯压力Pc（测残压期间停止抽采），并根据直接测定指标判断区域防突措施效果。

5.1效果指标（必须同时满足以下条件方为有效）：

预抽区域内煤层瓦斯抽采率达到要求（瓦斯含量＜4 m³/t，瓦斯预抽率≥15%；瓦斯含量4～6 m³/t，瓦斯预抽率≥25%；瓦斯含量≥6 m³/t，预抽率η≥45%）；

残余瓦斯压力Pc<0.74Mpa；

残余瓦斯含量Wc<8m³/t（构造带<6m³/t）；

钻孔施工过程中未发现喷孔、顶钻等动力现象。

5.2效检结论

若效检不合格，必须采取延长抽采时间或补打抽采钻孔等措施，直至效检合格。

若效检合格，该区域为无突出危险区，允许井筒工作面掘进至距煤顶板最小法距5m前。

6区域验证

工作面掘进至距煤顶板最小法距5m前停头，采用钻屑瓦斯解吸指标法（K1）对煤进行区域验证。施工4个区域验证钻孔，其中1个孔控制到揭煤处井筒荒径轮廓线外5m的煤体。

6.1区域验证方法

采用钻屑瓦斯解吸指标（K1）测试方式：

当钻孔钻进至待预测煤体后，每钻进1m取一次钻屑作解吸特征测定。

取样时，把秒表、1～3mm的组合筛子准备好，钻孔钻到预定深度时，用组合筛子在孔口接钻屑，同时启动秒表，一边取样，一边筛粉，当钻屑不少于100g时，迅速装入煤样杯中，并用筛子刮平，使装入煤样体积和煤样杯体积一致，然后拧紧罐盖，松开盖上阀门，准备测试。

当秒表走到t0时(通常规定t0为1min或2min)，启动仪器采样键进行测定，经5分钟后，当仪器显示t0时，用键盘输入t0，按监控键，显示L0，输入L0，按监控键，仪器进行计算，显示K1值，测定过程完成后，进行下一次测试。

验证指标（必须同时满足以下条件方为验证合格）：

钻屑瓦斯解吸指标：湿煤K1<0.4 mL/（ g·min1/2），干煤K1<0.5mL/（ g·min1/2）；

验证钻孔施工过程中无喷孔、顶钻等异常现象。

6.2验证结论

若验证不合格，为该工作面视为突出危险工作面，必须采取工作面防突措施，并进行效果检验，直至检验有效。

若验证合格，进入揭煤爆破段施工。

7、结论

通过对深立井揭煤期间，对煤层瓦斯含量的测定及采取的区域防突设计有效的控制了井筒揭煤的安全性，保证了揭煤的安全施工。

  参考文献：

（1）旷永华.蒋中承 顺层长钻孔预抽煤层瓦斯区域防突技术在火烧铺煤矿的应用（J）矿业安全与环保.2019.46（01）：74-77

  （2）孙翔宇.突出煤层高瓦斯工作面瓦斯治理技术应用（J）.煤炭与化工.2018(07):91-93