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立井揭突出煤层封孔测压技术研究,姓 名；邬武汉 专 业；安全工程 指导老师；陈鲜展,论文章节,概述 煤与瓦斯突出危险性分析 煤层瓦斯压力测定技术 井筒揭煤防突措施 突出事故处理 总结,第一章 概述,本文主要讲的是立井揭突出煤层时所采用的封孔和测压技术。封孔技术有多步分段注浆封孔技术。测压技术有分源测压法和快速测压法 煤与瓦斯突出是生产和掘进过程中的一种复杂的自然灾害，是一种伴有声响和猛烈力能效应的动力现象，它能摧毁井巷设施，破坏矿井通风系统，使井巷充满瓦斯和煤岩抛出物，能造成人员窒息，甚至可以引起瓦斯爆炸，是煤矿最严重的自然灾害之一，严重威胁着煤矿的安全和生产。,第二章 煤与瓦斯突出危险性分析,一、煤与瓦斯突出的机理 煤层中积聚瓦斯气体，形成巨大压力。开采过程中，在地应力和瓦斯压力的共同作用下，破碎的煤和瓦斯会从煤体内，向采掘空间抛出。它在很短时间内使采掘工作面的煤壁遭到破坏，从煤层内部快速喷出大量煤与瓦斯，充塞巷道，摧毁设施、破坏系统导致瓦斯窒息或爆炸等事故。,二 揭煤防突设计工艺流程,井筒揭煤是建井施工一项十分重要的工作，特别是揭具有突出危险性煤层。井筒揭煤前要进行煤与瓦斯突出危险性预测工作，一旦预测指标超限，就必须进行消突，目前消突措施有多种，但井筒揭煤消突措施主要有；1）密集钻孔瓦斯的自然排放2）密集钻孔瓦斯抽放；3）水力冲孔增透；4）增加煤体的强度。具体揭煤工序如下：,1、具体揭煤工序如下：,防突设计探煤钻、测压钻措施预测有突出危险消突或其它消突措施措施效果检验有效安全防护措施揭穿煤层 如过预测出无突出危险，则直接进行安全防护措施。若措施效果检验无效，则有补救措施，再返回到消突钻孔或其它消突措施。,第三章 煤层瓦斯压力测定技术,一、封孔技术 井筒在进行瓦斯压力测定过程中，由于淋水大，封孔难度较大，瓦斯压力往往因为水大，封孔不严而测不出来。瓦斯压力是预测煤层是否具有突出危险性较敏感指标，准确测定煤层瓦斯压力第一步也是最重要工作是将测压孔封严，不漏气，为了达到该目的，本次采用新的封孔方法多步分段注浆封孔技术。 具体布置方式见图31所示。,图3-1 分段多步封孔测压布置示意图,二 瓦斯压力的测定,瓦斯压力是煤层内瓦斯的主要参数之一，瓦斯压力参与煤与瓦斯突出的过程是显而易见的，为其提供了一定的动力来源，且在瓦斯压力突然降低，解放膨胀潜能的过程中，促使及加速煤体的破碎过程。瓦斯压力随着开采深度的增加一般是呈现增加的趋势，但因受各种地质因素的影响而可能呈现复杂的情况。由于瓦斯主要以吸附状态存在于煤体中，每立方米煤体中所含有的瓦斯量可达到几十立方米，故就煤体中所储存的能量而言，瓦斯能往往比应力应变能大几倍到十几倍。通常认为，在突出过程中，地应力的主要作用是破碎煤体，给释放瓦斯创造条件，而大规模突出的主要动能来源是瓦斯。,1 分源测压法,对于水源主要来至于煤顶底板含水层时，可采用专打测水压钻孔进行分源测定，其原理是向煤层顶板、煤层与煤层底板分别打测压钻孔测定各自压力，然后分析水压与瓦斯压力的关系，通过压力差值来求出煤层的瓦斯压力，但此法只能适用煤层与顶底含水层间有较好隔离，否则，用此法煤层瓦斯压力测不出来。对于测压钻孔要求为：1号钻孔穿透所测煤层，终孔位置在煤层底板0.6m处；2号钻孔终孔在煤层顶板含水层内，但离煤层间距保持在2m；3号钻孔穿透所测煤层底板，终孔位置在底板含水处，具体布置见图33所示，每个钻孔压力测定装置的示意图如图34所示。,图3-2 分源测压法钻孔布置示意图,2 快速测压法,1）快速测压理论 钻孔揭煤后暴露时间越长，钻孔周围的卸压带半径越大，要使钻孔中的瓦斯压力上升，接近原始压力值，钻孔周围发生瓦斯运移的范围就越大，瓦斯运移到钻孔的时间就越长，钻孔中恢复到原始压力值所需的时间就越长。为此： (a)确保钻孔密封效果。采用胶囊粘液封孔器封孔，确保不泄漏。 (b)打钻后尽早封孔，减少煤层暴露时间，降低煤层的瓦斯泄漏量，使钻孔内的瓦斯压力尽快恢复。,2）快速测压操作原理,(a)通过高压注浆封堵钻孔，隔绝测压钻孔与周围围岩裂隙连通的通道，使钻孔与围岩的裂隙无法导通，达到能准确测定煤层瓦斯压力的目的。 (b)在见煤0.51.5m时，停钻封孔，使煤体的暴露时间缩短，降低瓦斯的排放量。 (c)使用M-2型胶囊粘液封孔器进行封孔，利用固体状态的胶囊来封液体状态的粘液，然后通过液体状态的粘液再来封闭围岩，达到快速封孔的目的。,2）瓦斯压力测定步骤,（1）向钻孔内送入M-2型胶囊粘液封孔器； （2）向两个胶囊内注入水，保持水压比预计的瓦斯压力大1.5MPa左右； （3）向两个胶囊之间注入粘液，保持粘液压力比预计的瓦斯压力大0.30.5MPa左右； （4） 为了弥补打钻施工过程的瓦斯损失，向瓦斯室充入气体，压力在1MPa左右； （5）23天后，孔内瓦斯室的压力平衡，压力表上的数值不再改变，即可得到煤层的瓦斯压力。,第四章 井筒揭煤防突措施,一、“四位一体”的区域综合防突措施 “四位一体”的区域综合防突措施包括“区域突出危险性预测、区域防治煤与瓦斯突出措施、区域防突措施效果检验和区域安全防护措施”。 突出矿井应对突出煤层进行区域突出危险性预测(简称为区域预测)。区域预测分为新水平、新采区开拓前的区域预测（简称开拓前区域预测）和新采区开拓完成后的区域预测（简称开拓后区域预测）两个阶段。突出煤层经区域预测后划分为突出危险区、突出威胁区和无突出危险区。未进行区域预测的区域应视为突出危险区。,突出煤层在进行新水平、新采区开拓前，应进行开拓前区域预测，预测结果仅用于指导新水平、新采区的设计和新水平、新采区开拓工程的石门（含立、斜井）揭煤作业。在新水平、新采区开拓前，当预测区域的煤层缺少或没有井下实测瓦斯参数时，可主要依据地质勘探资料、上水平的实测和生产资料等进行。在新采区完成采区主要巷道的施工后，突出煤层应进行开拓后区域预测，预测结果用于指导工作面的设计和采掘生产作业。开拓后区域预测应主要依据预测区域煤层瓦斯的实测资料，并结合地质勘探资料、上水平的实测和生产资料等进行。,对经区域预测划分的和采取区域防突措施后改划的突出威胁区煤层，应按以下要求管理： 1）经开拓后区域预测划分的突出威胁区和开采保护层后改划为突出威胁区的煤层，必须在所有石门揭煤和煤巷掘进工作面连续用工作面预测的方法进行验证（即工作面预测）。如果验证为没有突出危险，则采取区域安全防护措施和工作面安全防护措施后方能进行采掘作业；如果在一个区段或回采工作面布置范围内的顺槽、切眼等所有煤巷掘进工作面均验证为没有突出危险，则在该区段或回采工作面布置范围内的煤层为无突出危险区；如果任何一次验证有突出危险，则该工作面及该区域以后的采掘作业中均应执行局部综合防突措施。,2）经采取预抽煤层瓦斯区域防突措施后改划为突出威胁区的煤层，必须在所有石门揭煤、煤巷掘进和回采工作面执行“四位一体”的局部综合防突措施。 3）经开拓前区域预测划分的突出威胁区的煤层进行新水平、新采区开拓时，石门（含立、斜井）揭煤工作面应执行局部综合防突措施。 在经开拓后区域预测划分的无突出危险区或采取区域综合防突措施后改划为无突出危险区的煤层，必须采取区域安全防护措施和工作面安全防护措施后方可进行采掘作业。 在首次开采某个煤层作为保护层区域防突措施时，都必须对被保护层进行保护效果的检验及保护范围的实际考察，并不断积累、补充完善资料，以便得出保护效果及保护范围的参数。,区域防突措施是指在对突出煤层进行采掘作业前，对突出煤层较大范围内采取的防治煤与瓦斯突出措施。区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。开采保护层分为上保护层和下保护层两种方式。预抽煤层瓦斯可采用的抽放方式有：地面井预抽煤层瓦斯以及井下穿层钻孔和顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等。根据煤层、瓦斯赋存及开采条件，区域防突措施必须优先选用开采保护层措施。在无保护层开采条件时可选取预抽煤层瓦斯作为区域防突措施，并按上述列举的各类方式的优先顺序选取一种或多种方式的预抽煤层瓦斯措施，但地面井预抽煤层瓦斯应与其它方式的区域防突措施共同使用。,二 “四位一体”的局部综合防突措施,“四位一体”的局部综合防突措施包括“工作面突出危险性预测、工作面防突措施、工作面防突措施效果检验和工作面安全防护措施”。工作面突出危险性预测 (简称工作面预测)是预测工作面附近煤体的突出危险性，包括石门和立井、斜井揭煤工作面，煤巷掘进工作面和采煤工作面的突出危险性预测等，应在工作面推进过程中进行。采掘工作面经工作面预测后划分为突出危险工作面和无突出危险工作面。进行工作面预测的采掘工作面，应视为突出危险工作面。 突出危险工作面必须采取工作面防突措施，并进行措施效果检验。经检验证实措施有效后，即判定为无突出危险工作面；当措施无效时，仍为突出危险工作面，无论防突措施钻孔还留有多少超前距，都必须采取防治煤与瓦斯突出的补充措施，并再次进行措施效果检验。无突出危险工作面必须在采取区域安全防护措施和工作面安全防护措施并保留足够的突出预测超前距或防突措施超前距的条件下进行采掘作业。,煤巷掘进和回采工作面应保留的最小预测超前距均为2m。应保留的最小措施超前距为：煤巷掘进工作面5m，回采工作面3m，在地质构造破坏严重地带应适当增加超前距。门和立井、斜井揭穿突出威胁区的煤层前，必须准确控制煤层层位，掌握煤层的赋存位置、形态。在揭煤工作面掘进至距煤层最小法向距离10m之前，应至少打两个穿透煤层全厚且进入顶（底）板不小于0.5m的前探钻孔，并详细记录岩芯资料。当需要测定瓦斯压力时，前探钻孔可用作测定钻孔；若二者不能共用时，则测定钻孔应布置在该区域各钻孔见煤点间距最大的位置。 在地质构造复杂、岩石破碎的区域，揭煤工作面掘至距煤层最小法向距离20m之前必须布置一定数量的前探钻孔，以保证能确切掌握煤层厚度、倾角变化、地质构造和瓦斯情况。,三 区域突出危险性预测,区域预测应按以下方法进行： 1）划分的煤层瓦斯风化带为无突出危险区域。 2）根据已开采区域确切掌握的煤层赋存、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层地质构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质统计的方法划分出突出危险区域。作法是：在同一地质单元内，发生了突出或有明显突出预兆的位置以上20m（埋深）及以下的范围为突出危险区；此外，根据上部区域突出点或具有明显突出预兆的位置分布与地质构造的关系确定构造线两侧突出危险区边缘到构造线的最远距离，并结合下部区域的地质构造分布划分出下部区域构造线两侧的突出危险区,3）在上1）、2）划分出的无突出危险区和突出危险区以外的预测区域，根据煤层瓦斯压力P或瓦斯含量划分出突出危险区、突出威胁区和无突出危险区。划分所依据的临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表5划分。,表5 根据煤层瓦斯压力、含量进行区域预测的临界值,第五章 突出事故处理,一、处理内瓦斯 1）在地面距主井井口上风侧安全位置新安装多台局部通风机利用原敷设的风筒向井下供风。主井井口周围布置了多个瓦斯传感器,实时监测排放的瓦斯浓度,控制排出的高浓度瓦斯在井口20m范围内稀释到安全值以下。井口瓦斯浓度由高浓度逐渐降至5 % . 2）在转载胶带机巷掘进小断面抢险通道,采用炮掘、打钻贯通。,二、拆除、新建井筒内提升系统,矿山救护队员通过抢险通道向主井探险。如突出强度大,井筒内原提升系统被摧毁,必须拆除井筒内所有管线及其他威胁安全的构件,新建提升系统。为缩短抢险工期,利用已有的系统恢复主井通风、监控、压风、供水、排水系统;从地面恢复提升供电、通信系统。要采用液压钳及气焊逐一割断主井内有安全威胁的钢丝绳、管路、原吊盘部件构件并从井口提走。制作的新吊盘,重新安装、下放。,三、排净井筒内积