淺談煤與瓦斯突出礦井大直徑立井井筒揭煤技術(shù)

摘 要：本文通過重點(diǎn)介紹對(duì)副立井井筒3號(hào)煤層實(shí)施的區(qū)域防突措施設(shè)計(jì)、執(zhí)行、效果檢驗(yàn)等過程，后又通過采取工作面局部防突措施等，最終安全順利地揭穿了3號(hào)煤層，為其他同類工程積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出;大直徑;立井井筒;穿層鉆孔;揭煤

1 引言

立井井筒揭煤是一項(xiàng)較為危險(xiǎn)且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，揭煤過程中，瓦斯的治理和防治尤為關(guān)鍵，一旦瓦斯治理措施和安全防護(hù)措施執(zhí)行不到位，就會(huì)帶來安全隱患，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生煤與瓦斯突出，拋出的煤堵塞井筒，甚至可噴出井口，對(duì)井筒的穩(wěn)定性造成影響和損害，同時(shí)也對(duì)礦井的安全生產(chǎn)造成極大的危害。

2 工程概況

山西晉城東大煤礦為在建的煤與瓦斯突出礦井，由山西晉煤集團(tuán)和山西煤運(yùn)銷集團(tuán)合資開發(fā)建設(shè)，副立井井筒由中煤第三建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司三十工程處施工，井筒垂深609.5m，凈直徑9.7m，表土及風(fēng)化段壁厚900mm，基巖段壁厚800mm。根據(jù)《副立井檢查孔地質(zhì)柱狀圖（S1033-116G-2）》及礦井其他地勘資料等得知：井筒在井深538.36m處將揭露3號(hào)煤層，煤層厚度為4.99m，傾角接近水平，黑色，亮主暗次，夾鏡煤條帶，內(nèi)生裂隙發(fā)育，階梯狀斷口，光亮型煤。3號(hào)煤層原煤瓦斯含量為7.56～29.83m3/t，平均瓦斯含量17.03m3/t，被鑒定為煤與瓦斯突出煤層。根據(jù)東大煤礦回風(fēng)立井和主立井揭煤實(shí)際測(cè)定情況，回風(fēng)立井實(shí)測(cè)最大瓦斯含量為20.34m3/t，瓦斯壓力最大為2.9MPa（反算瓦斯含量為21.37m3/t），主立井實(shí)測(cè)最大瓦斯含量為19.65m3/t。3號(hào)煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，屬不易自燃煤層，煤層煤塵無爆炸危險(xiǎn)性。礦井正常涌水量250m3/h，最大涌水量792m3/h。

3 煤層瓦斯實(shí)測(cè)情況

在井筒工作面距3號(hào)煤頂板法距20m位置和10m位置，分別施工4個(gè)穿透煤層全厚且進(jìn)入3號(hào)煤底板至少2m的前探鉆孔探測(cè)，探測(cè)結(jié)果顯示：在揭煤區(qū)域煤層無明顯地質(zhì)構(gòu)造，煤層賦存簡單;3號(hào)煤層在副立井位置厚4.99m，傾角接近水平，預(yù)計(jì)副立井井筒在井深538.36m處揭露3號(hào)煤層。

在掌握煤層賦存情況后，副立井繼續(xù)施工直至距煤層法線距離7m處停止掘進(jìn)，布置3個(gè)測(cè)瓦斯壓力鉆孔，但封孔后2個(gè)鉆孔未測(cè)出瓦斯壓力，分析原因可能是封孔質(zhì)量不良導(dǎo)致，另一個(gè)鉆孔實(shí)測(cè)瓦斯壓力0.4MPa。而東大煤礦副立井鄰近位置的回風(fēng)立井和主立井揭煤實(shí)際測(cè)定時(shí)，回風(fēng)立井實(shí)測(cè)最大瓦斯含量為20.34m3/t，瓦斯壓力最大為2.9MPa（反算瓦斯含量為21.37m3/t），主立井實(shí)測(cè)最大瓦斯含量為19.65m3/t。

4 區(qū)域防突措施

4.1 區(qū)域防突措施設(shè)計(jì)

副立井井底揭煤區(qū)域千米鉆機(jī)鉆孔覆蓋后，在副井井筒工作面距3號(hào)煤頂板法距7m位置（井筒垂深531.36m）采取了穿層鉆孔區(qū)域防突措施，該揭煤區(qū)域設(shè)計(jì)穿層抽采鉆孔共計(jì)336個(gè)，鉆孔施工直徑為75mm，設(shè)計(jì)長度為13.5～26.6m，鉆孔開孔傾角-35°至-75°，開孔間距在0.6～0.9m之間，終孔間距2.0m左右，設(shè)計(jì)鉆孔進(jìn)尺工程量6841.8m，控制范圍為井筒輪廓線外15m。如果將所有鉆孔布置在工作面存在一定困難，為優(yōu)化設(shè)計(jì)、便于施工，將最外四圈共210個(gè)鉆孔，孔口布置在距工作面幫部2米高范圍內(nèi)，這樣就將絕大部分抽放鉆孔孔口位置設(shè)計(jì)在井幫上，通過抽放鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)，有利于三臺(tái)SGZ-300型鉆機(jī)在圓形操作平臺(tái)上平行作業(yè)，成孔率高，鉆孔施工工期短，瓦斯抽放效率高，還解決了井筒積水、堵孔、淹孔和排鉆屑困難等問題。

4.2 區(qū)域防突措施執(zhí)行情況

按照區(qū)域防突措施的穿層鉆孔設(shè)計(jì)，于2015年12月30日開始施工瓦斯預(yù)抽鉆孔，于2016年1月10日施工完畢，共施工有效抽采鉆孔338個(gè)，累計(jì)鉆孔進(jìn)尺11601.4m，其中煤孔進(jìn)尺3708.4m，控制范圍為井筒輪廓線外21m。鉆孔施工過程中，沒有出現(xiàn)噴孔、頂鉆或夾鉆等動(dòng)力現(xiàn)象，鉆孔施工完畢后，將各鉆孔合茬連接到集氣箱、集氣箱再連接到瓦斯抽采主管路，進(jìn)行抽采。鉆孔封孔管采用Ф50mmPE管，每根PE管長8m，穿層鉆孔的封孔段長度6m，采用PB-Ⅱ膨博封孔袋和水泥漿封孔。

5 區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)

5.1 瓦斯抽采量統(tǒng)計(jì)分析

由于回風(fēng)立井和主立井揭煤后，井底車場具備施工條件時(shí)，通過千米鉆機(jī)鉆孔先行覆蓋了副立井井底揭煤區(qū)域煤層預(yù)抽瓦斯，故采取區(qū)域防突措施前實(shí)測(cè)的瓦斯含量屬于殘余瓦斯含量，瓦斯含量大小為16.0m3/t，同時(shí)副立井實(shí)測(cè)的瓦斯壓力僅有一個(gè)孔有讀數(shù)為0.4MPa，因此副立井實(shí)測(cè)的瓦斯壓力和含量數(shù)據(jù)不能具體反映副立井揭煤區(qū)域原始瓦斯情況。

參照東大煤礦回風(fēng)立井和主立井揭煤實(shí)際測(cè)定情況，回風(fēng)立井實(shí)測(cè)最大瓦斯含量為20.34m3/t，瓦斯壓力最大為2.9MPa（反算瓦斯含量為21.37m3/t），主立井實(shí)測(cè)最大瓦斯含量為19.65m3/t。副立井揭煤區(qū)域原始瓦斯含量可參照回風(fēng)立井?dāng)?shù)據(jù)，按瓦斯含量21.37 m3/t考慮。

5.2 區(qū)域措施效果檢驗(yàn)

根據(jù)距煤層法距7m位置區(qū)域措施效果檢驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果，東大煤礦副立井井筒揭煤區(qū)域3號(hào)煤層最大殘余瓦斯含量為7.87 m3/t，小于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的臨界值8m3/t，而且在所有的鉆孔施工過程中，沒有出現(xiàn)噴孔、頂鉆或夾鉆等動(dòng)力現(xiàn)象，檢驗(yàn)結(jié)果表明區(qū)域防突措施有效。

5.3 區(qū)域效果檢驗(yàn)結(jié)論

（1）東大煤礦副立井井筒揭煤區(qū)域防突措施鉆孔均按照設(shè)計(jì)施工，共施工有效鉆孔338個(gè)，且鉆孔分布較為均勻，鉆孔終孔間距和控制范圍達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）經(jīng)連續(xù)抽采，統(tǒng)計(jì)副立井揭煤區(qū)域瓦斯預(yù)抽總量達(dá)到21.37萬m3，滿足了需抽采瓦斯總量16萬m3的要求，且經(jīng)計(jì)算抽采后煤層殘余瓦斯含量降至7.5 m3/t，從抽采量統(tǒng)計(jì)上可判斷區(qū)域措施有效。

（3）經(jīng)現(xiàn)場測(cè)定，東大煤礦副立井井筒揭煤區(qū)域3號(hào)煤層最大殘余瓦斯含量為7.87 m3/t，小于《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的臨界值，而且在所有鉆孔施工過程中，沒有出現(xiàn)噴孔、頂鉆或夾鉆等動(dòng)力現(xiàn)象，檢驗(yàn)結(jié)果表明區(qū)域防突措施有效。

6 后期揭煤工作

2018年12月，重慶煤科院出具了《東大煤礦副立井井筒揭穿3#煤層區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)報(bào)告》，測(cè)定結(jié)果為井筒輪廓線12m范圍內(nèi)均未超標(biāo)，檢驗(yàn)結(jié)果表明區(qū)域防突措施有效，經(jīng)礦方與煤科院研究決定，按照相關(guān)要求，可以繼續(xù)進(jìn)行下一步工作

7 結(jié)語

東大煤礦副立井井筒揭穿3號(hào)煤層期間，均按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》等相關(guān)規(guī)定，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，制定相關(guān)措施，嚴(yán)格按照“四位一體”防突程序，依次進(jìn)行探揭煤工作，最終安全順利地揭穿了3號(hào)煤層，同時(shí)也為其他同類型的煤與瓦斯突出礦井大直徑立井井筒揭煤工作積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 煤礦安全規(guī)程[S]，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局，2016.

[2] 防治煤與瓦斯突出規(guī)定[S]，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局、國家煤礦安全監(jiān)察局，2009.

作者簡介：

程強(qiáng)（1987-），男，本科，工程師，從事煤礦通風(fēng)安全工作。