第4章 揭穿煤层

1、中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第1页第第4 4章章 揭穿煤层4.14.1揭穿突出危险煤层和岩层的安全工艺揭穿突出危险煤层和岩层的安全工艺4.24.2井筒揭穿突出危险煤层工艺井筒揭穿突出危险煤层工艺4.34.3综掘机掘进井筒揭穿突出危险煤层和岩层的工艺综掘机掘进井筒揭穿突出危险煤层和岩层的工艺4.44.4打超前抽放钻孔井筒揭穿煤层的工艺打超前抽放钻孔井筒揭穿煤层的工艺4.54.5构筑超前骨架支架用井巷揭穿危险煤层工艺构筑超前骨架支架用井巷揭穿危险煤层工艺4.64.6煤层注水架用井巷揭穿危险煤层工艺煤层注水

2、架用井巷揭穿危险煤层工艺4.74.7水平巷道揭穿煤层工艺水平巷道揭穿煤层工艺4.84.8揭穿地点煤层突出危险预测工艺揭穿地点煤层突出危险预测工艺4.94.9打抽放钻孔用石门揭穿煤层工艺打抽放钻孔用石门揭穿煤层工艺4.104.10煤层注水用石门揭穿煤层工艺煤层注水用石门揭穿煤层工艺4.114.11构筑骨架支架用石门揭穿危险煤层工艺构筑骨架支架用石门揭穿危险煤层工艺4.124.12煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺4.134.13选择作用的掘进机揭穿煤层工艺选择作用的掘进机揭穿煤层工艺4.144.14在突出危险岩层中井底车场巷道与井筒会合处及大断面在突出危险岩层中井底车场巷道

3、与井筒会合处及大断面峒室的构筑工艺峒室的构筑工艺4.154.15揭穿煤层前隔离系统结构和突出隔离工艺揭穿煤层前隔离系统结构和突出隔离工艺中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第2页4.14.1揭穿突出危险煤层和岩层的安全工艺揭穿突出危险煤层和岩层的安全工艺用巷道揭穿0.3m以上突出危险煤层和夹层，采取综合防突揭穿危险煤层的顺序如下： 探测危险煤层的位置打眼爆破揭穿煤层预测突出危险性实施防突措施检验实施措施的效果掘进机遥控巷道揭露和穿过煤层架设永久性加强支架巷道工作面远离煤层穿过地点揭穿危险煤层采取和危险煤层同样

4、的工作执行顺序在保护层，不采取危险性预测和防突措施，用高瓦斯矿井规定的爆破作业方法或掘进机揭穿中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第3页4.24.2井筒揭穿突出危险煤层工艺井筒揭穿突出危险煤层工艺开始掘进前，打探测钻孔；在延伸井筒，距危险煤层10m打探测钻孔；在复杂条件及构造破坏时，打2个探测钻孔为防突，揭穿时采取：打超前卸压排放钻孔、构筑防护架、煤体水力处理和特制的掘进机采用遥控，不实施防突巷道工作面至危险煤层不小于4m时引入震动爆破，远离煤层4m后取消在揭穿陡直和急倾斜煤层前，当到煤层的法向距离不小于3m

5、时实施防突，而缓倾斜和倾斜则在距离不小于2m揭穿煤层时，为实施防突，要使用回采和掘进工作面防突采用的成批的钻机、泵、仪表和其它装备 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第4页4.34.3综掘机掘进井筒揭穿突出危险煤层和岩层的工艺综掘机掘进井筒揭穿突出危险煤层和岩层的工艺综掘机掘进立井井筒时，揭露和穿过突出层的安全工艺在于工作面采取合理的球形形状和调整掘进速度，有时为提高安全性，用水、矿泥浸没工作面在地面有综掘机遥控设备，补充保证工作安全性 井筒综掘机CK-1y由转盘式掘进机、机械化模板、掘进罐笼箕斗式提升机、

6、打眼爆破装置以及地面综合装置组成，如右图4.1所示中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第5页4.44.4打超前抽放钻孔井筒揭穿煤层的工艺打超前抽放钻孔井筒揭穿煤层的工艺 钻孔中的瓦斯压力降至1MPa,措施有效 钻孔超前工作面的最小距离是2m 钻孔布置方案取决于煤层厚度、倾角和巷道断面 钻孔长度取决于煤层倾角和厚度 钻孔的有效影响半径区为0.5-1m 孔数和排数根据钻孔排放半径，井筒断面和煤层处理范围确定 井筒断面内的煤层面积，以及井筒轮廓在掘进方向投影的4m范围，需要钻孔处理 在揭穿薄的急倾斜和陡直煤层时，需

7、分批钻孔，先处理仰斜方向岩体，再处理倾斜方向的岩体 实施防突措施和效果检查以后，以震动爆破方式打眼爆破揭穿煤层 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第6页4.44.4打超前抽放钻孔井筒揭穿煤层的工艺打超前抽放钻孔井筒揭穿煤层的工艺 对于不同倾角和厚度的煤层，钻孔布置如图4.2所示 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第7页4.44.4打超前抽放钻孔井筒揭穿煤层的工艺打超前抽放钻孔井筒揭穿煤层的工艺 揭穿煤层的工艺见图4.3

8、中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第8页4.54.5构筑超前骨架支架用井巷揭穿危险煤层工艺构筑超前骨架支架用井巷揭穿危险煤层工艺超前骨架支架用来固化岩体，防止其移动和继续破坏用直径36-38mm的金属杆或直径40-50mm的金属管构筑，用水泥封在直径42-80mm的钻孔中超前工作面不小于2m,自由端充填在永久支护中不小于2m在沿煤层岩柱法向距离为2m时，打骨架钻孔，并沿工作面周长每0.3-0.5m布置一个钻孔钻孔的倾角到井筒设计轮廓的距离不小于1m钻孔的长度为穿过岩柱、煤层并进入底板岩层1m骨架支架一端伸到

9、煤层板的钻孔底部，而另一端封在井筒的混凝土支架中在穿过厚煤层时，骨架支架以超前支架实施，金属杆的底端支在煤层中，顶端封在井筒支架中 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第9页4.64.6煤层注水架用井巷揭穿危险煤层工艺煤层注水架用井巷揭穿危险煤层工艺井筒断面和周围4m内的煤层需要水力处理水力处理的钻孔直径42-60mm，应伸出到井筒边界4m到煤层法向距离不小于3m处打钻为了注水，打5-8个钻孔，并在岩柱长度内封孔低于2H(MPa)的压力下连续向钻孔注水压力降至1MPa以下，润湿处理有效果根据井筒直径和煤层倾角

10、，确定钻孔的个数和布置方式连续注水，直到水渗透到邻近钻孔和中心检查孔为止通过水表和压力表监测低压湿润状态采取湿润的工艺和示意图见图4.2 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第10页4.74.7水平巷道揭穿煤层工艺水平巷道揭穿煤层工艺最近几年，由于采面个数和开拓工程的增加，揭煤次数增加了在准备水平井底车场范围内，只有掘完与上部水平相通的联络巷道、保证新水平全负压通风后，采用石门揭穿煤层揭穿巷道的独头部分用局部通风机供风揭穿突出危险巷道，借助于打眼爆破机组或掘进机实施防突和效果检查后，采用风镐或遥控掘进机完成巷

11、道的继续掘进和穿过煤层为避没巷道工作面揭穿煤层，常使用联络小巷联络小巷的掘进，不采取煤与瓦斯突出防治措施 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第11页4.84.8揭穿地点煤层突出危险性预测工艺揭穿地点煤层突出危险性预测工艺从到被揭露层的法向距离不小于3m起，打2-3个直径43mm的检查孔以便取样和测瓦斯涌出速度，钻孔布置如图4.4所示 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第12页4.94.9打抽放钻孔用石门揭穿煤层工艺打抽放

12、钻孔用石门揭穿煤层工艺在用抽放钻孔揭穿煤层时，保证岩体抽放、瓦斯压力降低和煤层卸压，就能防治突出直径70-100mm钻孔的有效影响半径取0.5-1m根据煤层厚度，抽放钻孔采取下列布置方式： 厚度3m以下，由揭穿巷道向煤层打抽放钻孔，钻孔自煤层的露头点相距不大于2R 厚度3m以上，打几组钻孔。第一组布置类似于厚度3m以下的；随后几组根据运输要求施工借助于抽放钻孔揭穿缓倾斜厚煤层，可和煤层水力压裂混合使用，沿接触巷道轴线打钻实施压力降至1MPa以下时，开始揭露和穿过煤层 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第13

13、页4.94.9打抽放钻孔用石门揭穿煤层工艺打抽放钻孔用石门揭穿煤层工艺根据揭穿煤层厚度，采用不同的抽放钻孔布置方式，见图4.5 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第14页4.104.10煤层注水用石门揭穿煤层工艺煤层注水用石门揭穿煤层工艺垂直煤层走向施工钻孔和流体自被煤层围岩限制的钻孔过滤段的径向传播是注水方法的特点在揭穿薄及中厚煤层时，以水力松动方式注水，压力不超过0.15H(MPa)；在揭穿厚煤层时，以低压湿润方式注水，压力不超过0.075H(MPa)连续注水，直到水从邻近钻孔和中部检查孔流出水为止为检

14、查注水效果，在陡直煤层打不少于3个钻孔，缓倾斜不少于2个钻孔钻孔的注水量，根据吨煤注水量0.04m3计算决定缓倾斜和倾斜厚煤层的注水钻孔数计算公式： n=bH+8/(2Rsin) 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第15页4.104.10煤层注水用石门揭穿煤层工艺煤层注水用石门揭穿煤层工艺在揭穿薄及中厚急倾斜和陡直煤层时，通过5-6个钻孔进行注水，其布置方式见图4.6 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第16页4.104

15、.10煤层注水用石门揭穿煤层工艺煤层注水用石门揭穿煤层工艺 在揭穿薄及中厚缓倾斜和倾斜煤层时，通过从巷道打穿的钻孔注水，钻孔的布置方式如下图（图4.7）所示中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第17页4 .114 .11构筑骨架用石门揭穿危险煤层工艺构筑骨架用石门揭穿危险煤层工艺在揭穿围岩松软、煤体软散的陡直煤层时，采用金属骨架支架为构筑支架，经过3m厚的岩柱，每0.3m打一个直径70mm的钻孔，且穿过煤层进入煤层底板岩石不小于0.5m,见下图4.8 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工

16、程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第18页4.124.12煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺各种防突措施与打眼爆破相结合使用的可靠性，正常条件下不超过95%，在地质破坏带不超过90%防突措施的缺点： 大多数情况下破坏了措施参数或选取的参数不适应矿山地质条件 在地质破坏带实施防突措施没有工艺性 在煤层赋存正常和复杂条件下，揭煤时的参数不同第一次煤体预先冲蚀揭穿煤层在1952年冲蚀孔洞的尺寸是措施的主要参数。根据避没揭穿巷道工作面进入煤层的必要性确定孔洞尺寸超挖岩石的长度在0.1-0.7m之间变动 中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资

17、源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第19页4.124.12煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺巷道轮廓外冲蚀孔洞的最小值为1m巷道工作面和煤层之间的岩柱厚度沿煤层法线方向厚3m水力冲蚀用100-200mm的经过岩柱的钻孔进行准备巷道，在压力4-8MPa、流量80-120m3/h和喷嘴直径18-22mm的条件下，实施水力落煤锥状喷嘴直径dH(cm)的经验公式： 水压力速度在1.5-2m/s之间保证泵的协调工作在（3.5-4）dH(6-7)dH间选取喷嘴长度在喷嘴直径10mm和喷嘴前压力4-8MPa时，射流有效长度2-3.5m最小的钻孔直

18、径为102mm1.181HQdH中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第20页4.124.12煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺进行水力冲刷的作业工艺如下图4.9所示中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第21页4.124.12煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺煤体预先水力冲蚀揭穿煤层工艺采用冲刷孔洞注浆揭煤的工作顺序如图4.10所示中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安

19、全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第22页4.134.13选择作用的掘进机揭穿煤层工艺选择作用的掘进机揭穿煤层工艺爆破穿过煤层的缺点是在进行爆破作业过程中发生临时支架和永久支架的损坏打眼爆破机组和掘进机的巷道揭煤资料的对比，并表明其优点（见下表）巷道掘进方法打眼爆破作业掘进机落煤速度/(m.s-1)10.2-33.30.08未支护的空间尺寸/m2-3.5（钻孔长度）1落煤时的岩石超挖量/m0.90.25岩体中的裂隙值/m1. 5-岩体强度降低2倍-打毁支架（临时、永久、骨架）%100-中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源

20、与安全工程学院第1章第23页4.134.13选择作用的掘进机揭穿煤层工艺选择作用的掘进机揭穿煤层工艺掘进机揭穿煤层的工艺流程图下图4.11所示中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第24页4.144.14在突出危险岩层中井底车场巷道与井在突出危险岩层中井底车场巷道与井筒会合处及大断面峒室的构筑工艺筒会合处及大断面峒室的构筑工艺通常条件下，会合处及大断面硐室一般按分层采掘采用的防突措施有以下几： 按单独的分层分解巷道断面，减小巷道断面工作部分的面积 先采掘非突出或突出危险最小的分层，进行卸压和排放 在不同阶段，对

21、现有突出防治措施进行最佳组合根据岩石分层，采用上行或下行顺序采掘岩石分层采掘危险最小的分层，采取隔离措施，且被采分层的宽度毛值一定要超过巷道宽度第一分层的采掘对随后分层起着防突措施的作用综合措施的有效和会合处及硐室构筑的合理工艺流程图与岩石防突措施相互配合的必要性根据突出的存在和分布情况，在会合处或硐室的断面内可采用各种工艺流程，如下图（图4.12、4.13、4.14）所示中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第25页4.144.14在突出危险岩层中井底车场巷道与井在突出危险岩层中井底车场巷道与井筒会合处及大断

22、面峒室的构筑工艺筒会合处及大断面峒室的构筑工艺巷道完全位于突出危险岩石分层中的工艺流程图4.12中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第26页4.144.14在突出危险岩层中井底车场巷道与井在突出危险岩层中井底车场巷道与井筒会合处及大断面峒室的构筑工艺筒会合处及大断面峒室的构筑工艺巷道上部位于突出危险砂岩中，下部在非突出危险砂岩中的工艺流程图如图4.13所示中国矿业大学中国矿业大学中国矿业大学 （北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院（北京）资源与安全工程学院第1章第27页4.144.14在突出危险岩层中井底车场巷道与井在突出危险岩层中井底车场巷道