高瓦斯矿井立井揭煤安全技术实践

高瓦斯矿井立井揭煤安全技术实践

程军,张泉,姜帅

安徽恒源煤电股份有限公司钱营孜煤矿

摘要：为确保钱营孜矿新副井井筒安全揭穿煤层，在调查矿井32煤层瓦斯地质、开拓开采、突出情况等资料的基础上，分析了新副井揭穿32煤层区域的突出危险性，制定了新副井揭穿32煤技术方案，综合分析了前探钻孔探测结果、现场实测瓦斯压力、实验室瓦斯参数测试等结果，结果表明新副井揭穿32煤层区域无突出危险性，为新副井安全揭穿32煤层提供了可靠基础资料，保障了矿井安全快速揭穿煤层。

关键词：高瓦斯矿井；煤与瓦斯突出；立井揭煤；综合防突

煤与瓦斯突出是煤矿采掘活动过程中发生的一种极其复杂的动力现象，主要表现为在极短的时间内向采掘空间抛出大量煤岩体并伴随大量高压瓦斯喷出，造成现场作业人员的损伤及设备的损毁，严重制约着矿井的安全生产[1-7]。揭煤作为突出危险性高、施工难度大的技术性工程之一[8]，是矿井安全生产和各级监管的重点环节，而立井揭煤从防突措施开展的空间条件及工期进度来看，其工程难度往往超过一般的石门揭煤，因此必须采取行之有效的措施，确保井筒安全揭穿煤层。

1.工程概况

钱营孜煤矿新副井位于矿井工业场地内，距离矿井中央风井约170m，新副井井筒井口绝对标高为+25.0m，井筒深度1049.0m，新副井井筒净直径为6.5m，揭32煤段井筒荒径7.5m。根据三维地震及新副井井检孔资料，揭煤区域无断层、岩浆岩及陷落柱，揭煤区域内地质条件简单，煤（岩）层整体呈单斜构造，倾角8°～10°。根据井筒地质柱状图（图1），本次揭32煤层预计厚度3.4m。井筒揭煤区域32煤标高-840.16m～-843.52m、-855.52m～-855.92m，对应井深865.16m～868.52m、880.52m～880.92m。

图1 揭煤区域煤层综合柱状图

2 新副井揭煤区域32煤层突出危险性分析

钱营孜煤矿地质构造复杂，为高瓦斯矿井，一水平采掘活动范围内32煤层均为非突出煤层。但新副井揭32煤层区域属于二水平（延深）区域，根据《钱营孜煤矿二水平（延深）32煤层煤与瓦斯突出危险性评估报告》：推算钱营孜煤矿二水平（延深）-1000m标高32煤层地勘原始瓦斯含量为23.54m3/t，拟合预测二水平（延深）-1000m标高32煤层最大瓦斯压力Pmax=3.87MPa，现有32煤层实测最大瓦斯放散初速度Δpmax=15mmHg、最小煤的坚固性系数fmin=0.19、煤的破坏类型（Ⅳ类），全部超过评估为突出煤层的临界值，初步分析新副井揭32煤层区域具有煤与瓦斯突出危险性，具体技术及防突措施实施方案应根据前探钻孔实测瓦斯压力、瓦斯含量等进行综合分析确定。

3 井筒揭32煤防治煤与瓦斯突出总体技术方案

3.1 揭煤区域探测及瓦斯参数测试

准确掌握立井工作面前方煤层赋存是防治突出至关重要的环节，必须采取“有疑必探，边探边掘”的施工原则。在新副井井筒施工至32煤层顶板法距20m前，首先施工2个前探钻孔，探明32煤层赋存层位，掌握煤层厚度、产状及地质构造等基本情况；在最小法向距离10m之前，施工5个前探钻孔，控制井筒轮廓线外15m范围，其中2个为穿透煤层全厚且进入底板不小于0.5m的前探取芯钻孔，探明32煤层瓦斯赋存情况，测定32煤层原始瓦斯压力及原始瓦斯含量，并取煤样送至实验室测定煤的坚固性系数f、瓦斯放散初速度Δp、吸附常数等参数，精确掌握煤层瓦斯参数及其赋存情况。

3.2 区域防突措施

若区域预测新副井揭32煤层区域具有突出危险性，或者，各类钻孔施工过程出现瓦斯动力现象，在井筒施工至距离32煤层法距7m之前，必须采取区域防突措施预抽32煤层瓦斯，且在最小法向距离7m以前实施（在构造破坏带应适当加大距离），预抽煤层瓦斯钻孔应当在整个预抽区域内均匀布置，钻孔控制到井筒轮廓线外不小于15m，如图2所示。区域措施经效果检验有效后，可掘至距32煤层最小法向距离5m前时，进行区域验证（工作面预测），经区域验证（工作面预测）为无突出危险性后，可在采取安全措施后边掘边探至距32煤层最小法向距离2m前时进行揭煤验证，验证为无突出危险性后，在安全防护措施下远距离爆破揭穿煤层，在煤层段掘进时，应加强支护，且直到进入煤层底板2m之前的作业，一律按石门揭煤的安全、技术措施执行。

图2  措施钻孔平剖面图

3.3 局部综合防突措施

若区域验证（工作面预测）、揭煤验证（局部预测）均为无突出危险区，可在采取安全防护措施的条件下采用远距离一次性爆破揭开煤层。如果任意一次预测为有突出危险，则必须执行工作面防突措施，并经效果检验合格后方可继续掘进，如果检验无效，必须补充工作面防突措施，直至检验有效后，可在安全防护措施下爆破揭煤。距离32煤层法距5m、2m前时防突措施钻孔应控制到井筒轮廓线外至少5m，钻孔过32煤终孔；钻孔间距不大于2m，孔径108mm。煤层段防突措施钻孔应控制井筒轮廓线外

10m，终孔间距不大于2m，孔径75～108mm。

4. 32煤层突出危险性现场考察

根据井筒施工实际情况，在距离32煤层法距20m前施工了前探钻孔两个，根据探查结果，揭煤区域无断层、岩浆岩及陷落柱，揭煤区域内地质条件简单，无岩石破碎区域，孔内未发现瓦斯异常。距离32煤层法距10m前施工了5个超前探查孔，根据前探钻孔数据综合分析，井筒施工迎头距离下部32煤层法距10.5m、32煤层层厚3.2m；其中2个为穿透32煤层全厚且进入底板不小于0.5m的前探取芯钻孔，测定32煤层原始瓦斯压力，并取样测定32煤层原始瓦斯含量、坚固性系数f、瓦斯解吸特性K1－P关系等。

测试结果表明，32煤层最大瓦斯含量为1.63m3/t、煤的瓦斯放散初速度Δp=9mmHg、坚固性系数f=0.90，总体硬度相对较大，瓦斯放散能力较小。由图3可知，煤的瓦斯解吸指标K1值随瓦斯压力P增大呈增大趋势，32煤在瓦斯压力P=0.74MPa时K1值为0.15mL/(g·min1/2)，低于《防治煤与瓦斯突出细则》规定的临界值。

表1 瓦斯参数测试结果

图3  32煤层取芯煤样瓦斯解吸特性K1－P曲线

综上分析，新副井揭32煤层区域实测瓦斯压力最大值为0.37MPa，最大瓦斯含量为1.63m3/t，煤的瓦斯放散初速度Δp=9mmHg，煤的坚固性系数f=0.9，均小于《防治煤与瓦斯突出细则》规定的临界值。根据探查及瓦斯参数测定结果，新副井揭32煤层区域煤层瓦斯含量和瓦斯压力等参数均未超过临界值，新副井揭32煤层区域无突出危险性，矿井可在安全防护措施下执行揭煤程序。

5 井筒揭煤

井筒边掘边探至在距离32煤层法距6.3m时，共施工了5个预测钻孔，施工期间无喷孔、顶钻等瓦斯异常动力现象，测得湿煤样K1max=0.03ml/g·min1/2，Δh2max=0Pa，预测指标均小于《防治煤与瓦斯突出细则》规定的突出危险性临界值，即揭煤工作面无突出危险性，允许进尺至法距2m前。在距离32煤层法距2.2m时，共施工5个预测钻孔进行了最后揭煤验证，施工期间无喷孔、顶钻等瓦斯异常动力现象，测得湿煤样K1max=0.11ml/g·min1/2，Δh2max=20Pa，预测指标均小于《防治煤与瓦斯突出细则》规定的突出危险性临界值，即揭煤工作面无突出危险性，在采取安全防护措施后远距离爆破揭开煤层。

煤层揭开后，现场考察煤层结构：煤层层理清晰，无软分层，并在井底断面施工了4个长度8m预测钻孔，预测钻孔施工期间无喷孔、顶钻等瓦斯异常动力现象，测得干煤样K1max=0.09ml/g·min1/2，Δh2max=20Pa，Smax=3.1kg/m，预测指标均小于《防治煤与瓦斯突出细则》规定的突出危险性临界值，即揭煤工作面无突出危险性，故在采取安全防护措施及加强支护的情况下可直接揭穿煤层，直至新副井揭穿32煤层进入底板超过2m，完成揭煤作业。

6 结  语

针对钱营孜矿新副井揭煤区域32煤层瓦斯地质赋存情况、瓦斯灾害情况，对揭煤区域突出危险性进行了综合分析，编制了钱营孜煤矿新副井揭32煤防治煤与瓦斯突出总体技术方案，严格实施了“有疑必探、先探后掘”和两级“四位一体”综合防突技术，实现了钱营孜矿新副井快速、安全揭穿32煤层，为类似条件下的矿井井筒揭煤提供了参考。

参考文献

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