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高抽采率快速抽采条件下立井揭煤防突技术研究

文档作者：李浩石必明穆朝民李耀文档来源： 1．安徽理工大学能源与安全学院 2．煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，		点击数：	更新时间： 2022年08月31日
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第18卷第6期(总第115期)
2013年12月
煤矿 开采
C0AL MINING TECHN0L0GY
Vo1．18No．6 (Series No．115)
December 2013
高抽采率快速抽采条件下立井揭煤防突技术研究
李浩 ，石必明 ' ，穆朝民 ，一，李耀 ，
(1．安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001；2．煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽淮南232001)
[摘要] 为保障高瓦斯矿井立井安全揭煤，以潘三矿深部进风井l3一 煤组为例，采取了主动
快速测压技术分析煤层突出危险性，提出了扇形密集钻孔抽采煤层瓦斯的区域防突技术措施，通过考
察：2d即可获得煤层瓦斯压力；仅抽采42d，煤层瓦斯预抽率达到52．8％ ，测得残余瓦斯压力为
0．3MPa、残余瓦斯含量为4．3454m ／t；待揭煤层防突效果显著，可实现安全、高效、快速揭煤的目标。
[关键词] 高抽采率；立井揭煤；防突技术；主动快速测压；扇形密集钻孔
[中图分类号]TD713．3 [文献标识码]A [文章编号]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
矿井建设中，井巷揭煤工作是一项复杂而又危
险的系统工程，尤其对于立井井筒而言，受掘进工
作场地的限制，井筒揭煤具有更多的特殊性和危险
性。目前国内外立井揭煤煤与瓦斯突出防治措施主
要采用瓦斯钻孔自然排放、钻孑L预抽煤层瓦斯及其
他一些辅助措施，按照正常的揭煤程序每层煤平均
需3个月，这样的速度将严重制约煤矿生产。为
此，通过对潘三矿深部进风井揭煤区域煤层瓦斯赋
存情况及地质情况进行分析，认真总结以往井筒揭
煤的案例，严格按照《防治煤与瓦斯突出规定》
和《煤矿安全规程》，详细制定方案和施工工艺，
采用主动快速测压法测定煤层原始瓦斯压力，采取
扇形密集钻孔抽采煤层瓦斯，降低瓦斯压力，确保
安全顺利揭开煤层u 。
1 煤层赋存概述
潘三矿深部进风井13一 煤厚3．1m，底板标高
为一724．70m，其与12煤问隔3．15m，且12煤厚
仅为0．25 rn，为避免重复施工，拖延进度，将13一
煤与12煤作为同一待揭煤组，设计防突方案。
2 煤层突出危险性分析
2．1 煤层原始压力主动快速测定
在工作面距l3一 煤顶板最小法距10m前各施
工3个测压孔，分别测定l3一 煤和12煤原始瓦斯
压力。封孔装置完全安装结束后，采取主动快速测
压，使用氮气作为补充气体，注入氮气压力为预计
煤层原始瓦斯压力的1．5倍 J。待瓦斯压力稳定、
压力值变化小于0．005MPa／d时测压结束。
如图1所示，仅需2d左右，即可测得压力数
据，并按照AQ1047—2007标准进行大气压修正，
最终读取13一 煤原始瓦斯压力最大值为2．9MPa，
12煤原始瓦斯压力最大值为0．5MPa。
2．2 煤层原始瓦斯含量测算
测压钻孔施工过程中，采用DGC瓦斯含量直
接测定法测定l3一 煤、12煤的原始瓦斯含量，并
测定】3一 煤、12煤煤层瓦斯基本参数，计算煤层
瓦斯含量。对比直接测定和间接计算的原始瓦斯含
[收稿日期]2013—04—12
[基金项目] 国家自然科学基金资助项目：爆破扰动下高瓦斯低透气性煤体的动态损伤本构关系及应力波传播特征(51204007)
【作者简介]李浩(1985一)，男，安徽宿州人，在读硕士研究生，主要从事煤矿安全技术方面的研究工作。
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李 浩等：高抽采率快速抽采条件下立井揭煤防突技术研究 2013年第6期
n50
O-45
0．40
出035
O3O
n25
时间
(a)l3一 煤
髻 髻
H _一 __ m
图
时间
(b)l2煤
图1 13一 煤组原始瓦斯压力趋势
量，取最大值作为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别为
8．554m ／t，0．653m ／t。
结合13一 煤组最大瓦斯压力，判断13一 煤具
有煤与瓦斯突出危险性，12煤不具有煤与瓦斯突
出危险性。根据《防治煤与瓦斯突出规定》，煤层
瓦斯压力P≥0．74MPa，煤层瓦斯含量 ≥8m ／t
时，必须采取区域防突措施。虽然12煤不具有煤
与瓦斯突出危险性，但作为同一待揭煤组，l3一 煤
防突措施需兼顾12煤。
3 区域防突措施
待工作面掘进至距l3一 煤最小法距7m时，设
计并施工扇形密集抽采钻孔抽采待揭煤层中瓦斯，
如图2。
如图2所示，钻孔控制到井筒荒径轮廓线外
15m内的所有l3一 煤、12煤煤体，共设计区域措
施孔231个，孔径113mm，总长4491．2m，终孔间
距按照有效抽采半径1．5m设计，钻孔开孔间距均
在0．4m 以上。
抽采钻孑L施工结束后，通过钻机压风将钻孔内
的水排出，并及时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
— 辑 日％ ∞％ ～
、＼
(曩)扇形密集钻孔剖面示意
(b)工作面开孔平面示意
图2 区域防突措施钻孔及开孔平面
至钻孔见煤点或距孔口大于10m处，钻孔全孔使
用套管固孔防水，过煤段使用花管，以达到既防水
又不影响抽采的效果。最后，连接钻孔孔口铁管和
抽采软管，由井壁抽采管路连接至地面高功率抽采
泵站
4 效果考察
4．1 区域内煤层瓦斯预抽率
扇形密集钻孔从2o12年5月3日至2o12年6
月13日的42d内抽采瓦斯总量为108260m 。经计
算，煤层原始瓦斯储量为204918m。，因此，区域
内煤层瓦斯预抽率为52．8％ ，抽采率较高，符合
《煤矿安全规程》煤层瓦斯预抽率大于30％ 的规
定。
4．2 13一 ， 煤组残余瓦斯压力和瓦斯含量测定
在待揭煤区域内施工5个效果检验孔，布置在
抽采钻孔之间，分别位于井筒中央及四周，并作为
13一 煤组残余瓦斯压力测压孔使用，钻孔施工过程
中取煤样用于残余瓦斯含量测算。
4．2．1 残余瓦斯压力主动快速测定
采取主动快速测压的方法，待压力表读数趋于
稳定后，读取13一 煤组残余瓦斯压力数据，并进
行大气压修正，如图3。
由图3可知，13一 煤组残余瓦斯压力最大值仅
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总第115期 煤矿 开采 2013年第6期
n8
n7
盏O．6
至n5
0．4
基
n1
O
图3 13一 煤组残余瓦斯压力趋势
为0．3MPa，煤层残余瓦斯压力远低于0．74MPa，
说明在采取扇形密集钻孔的区域防突措施，仅抽采
42d，卸压效果明显。
4．2．2 残余瓦斯含量测定
本次采用间接法和直接法测定相结合的方式，
在效果检验孔施工过程中取煤样化验并根据公式采
用间接法计算残余瓦斯含量；同时，另取煤样进行
DGC可解吸瓦斯含量直接测定，鉴于DGC直接测
定的残余瓦斯含量大于间接法计算的残余瓦斯含
量，本次选择DGC直接测定的残余瓦斯含量作为
最大残余瓦斯含量，测定结果如表2所示。
表2 13一 煤组残余瓦斯含量
由表2 可知，残余瓦斯含量最大值为
4．3454m ／t，远低于《防治煤与瓦斯突出规定》
不大于8m ／t的要求。钻孔抽采瓦斯后，煤体内瓦
斯含量已大大降低。
综上所述，待揭煤层残余瓦斯压力和含量均低
于《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，但是受到
技术条件、测量误差和待揭煤层复杂地质条件的制
约，需要待工作面向前推进至距待揭煤层顶板最小
法距5m，2m时进行突出危险性区域效果验证，确
保揭煤安全。
4．3 突出危险性区域验证和最后验证
在井筒工作面距13一 煤顶板最小法距5m，2m
前，采用综合指标D， 值和钻屑瓦斯解析指标
( 值)、钻屑量s值分别对13一。煤、12煤进行区
域验证和最后验证。区域验证突出危险性和最后验
证综合指标见表3。
表3 13一。煤组区域验证和最后验证突出危险性综合指标
由表3可知，待揭区域13一 煤、l2煤突出危
险性综合指标D值、K值、K 值、s值均低于
《防治煤与瓦斯突出规定》所要求的临界值，说明
待揭煤层已不具有煤与瓦斯突出危险性，无需采取
工作面防突措施，可以按照相关规定揭煤。
5 结论
结合潘三矿深部进风井实际情况，经过主动快
速测压技术分析煤层突出危险性、扇形密集钻孔抽
采瓦斯，再通过区域效果考察、区域验证等措施，
得出以下结论：
(1)使用主动测压法，测压2d即可获得煤层
瓦斯压力相关数据，效率大幅提高；采用扇形密集
钻孔抽采煤层瓦斯，仅用42d，煤层瓦斯预抽率即
高达52．8％，与传统的3个月预抽率45％ 的方法
相比提高较多。
(2)在高抽采率、快速抽采条件下，13一 煤
组区域内残余瓦斯压力最大值为0．3MPa，残余瓦
斯含量为4．3454m ／t，符合《防治煤与瓦斯突出
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规程》和《煤矿安全规程》的相关要求，防突效
果明显。
(3)待揭煤区域13一 煤、12煤所有突出验证
指标均小于临界值，效果检验孔打钻过程中无喷
孔、顶钻等异常现象，13一 煤、12煤无突出危险
性。可以安全揭开13一 煤和12煤，实现安全、高
效、快速揭煤的目标。
[参考文献]
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采，2007，12 (1)：71—73．
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[4]刘洪永，程远平，周红星等．立井煤与瓦斯突出危险性分析
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[5]刘垒，杨胜强，陈凯．复杂地质条件下的煤层瓦斯压力
测定[J]．煤矿安全，2013，44 (1)：130-132．
[责任编辑：李宏艳]

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