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立井揭突出煤層封孔測壓技術(shù)研究,姓 名；鄔武漢 專 業(yè)；安全工程 指導(dǎo)老師；陳鮮展,論文章節(jié),概述 煤與瓦斯突出危險性分析 煤層瓦斯壓力測定技術(shù) 井筒揭煤防突措施 突出事故處理 總結(jié),第一章 概述,本文主要講的是立井揭突出煤層時所采用的封孔和測壓技術(shù)。封孔技術(shù)有多步分段注漿封孔技術(shù)。測壓技術(shù)有分源測壓法和快速測壓法 煤與瓦斯突出是生產(chǎn)和掘進過程中的一種復(fù)雜的自然災(zāi)害，是一種伴有聲響和猛烈力能效應(yīng)的動力現(xiàn)象，它能摧毀井巷設(shè)施，破壞礦井通風(fēng)系統(tǒng)，使井巷充滿瓦斯和煤巖拋出物，能造成人員窒息，甚至可以引起瓦斯爆炸，是煤礦最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，嚴(yán)重威脅著煤礦的安全和生產(chǎn)。,第二章 煤與瓦斯突出危險性分析,一、煤與瓦斯突出的機理 煤層中積聚瓦斯氣體，形成巨大壓力。開采過程中，在地應(yīng)力和瓦斯壓力的共同作用下，破碎的煤和瓦斯會從煤體內(nèi)，向采掘空間拋出。它在很短時間內(nèi)使采掘工作面的煤壁遭到破壞，從煤層內(nèi)部快速噴出大量煤與瓦斯，充塞巷道，摧毀設(shè)施、破壞系統(tǒng)導(dǎo)致瓦斯窒息或爆炸等事故。,二 揭煤防突設(shè)計工藝流程,井筒揭煤是建井施工一項十分重要的工作，特別是揭具有突出危險性煤層。井筒揭煤前要進行煤與瓦斯突出危險性預(yù)測工作，一旦預(yù)測指標(biāo)超限，就必須進行消突，目前消突措施有多種，但井筒揭煤消突措施主要有；1）密集鉆孔瓦斯的自然排放2）密集鉆孔瓦斯抽放；3）水力沖孔增透；4）增加煤體的強度。具體揭煤工序如下：,1、具體揭煤工序如下：,防突設(shè)計探煤鉆、測壓鉆措施預(yù)測有突出危險消突或其它消突措施措施效果檢驗有效安全防護措施揭穿煤層 如過預(yù)測出無突出危險，則直接進行安全防護措施。若措施效果檢驗無效，則有補救措施，再返回到消突鉆孔或其它消突措施。,第三章 煤層瓦斯壓力測定技術(shù),一、封孔技術(shù) 井筒在進行瓦斯壓力測定過程中，由于淋水大，封孔難度較大，瓦斯壓力往往因為水大，封孔不嚴(yán)而測不出來。瓦斯壓力是預(yù)測煤層是否具有突出危險性較敏感指標(biāo)，準(zhǔn)確測定煤層瓦斯壓力第一步也是最重要工作是將測壓孔封嚴(yán)，不漏氣，為了達到該目的，本次采用新的封孔方法多步分段注漿封孔技術(shù)。 具體布置方式見圖31所示。,圖3-1 分段多步封孔測壓布置示意圖,二 瓦斯壓力的測定,瓦斯壓力是煤層內(nèi)瓦斯的主要參數(shù)之一，瓦斯壓力參與煤與瓦斯突出的過程是顯而易見的，為其提供了一定的動力來源，且在瓦斯壓力突然降低，解放膨脹潛能的過程中，促使及加速煤體的破碎過程。瓦斯壓力隨著開采深度的增加一般是呈現(xiàn)增加的趨勢，但因受各種地質(zhì)因素的影響而可能呈現(xiàn)復(fù)雜的情況。由于瓦斯主要以吸附狀態(tài)存在于煤體中，每立方米煤體中所含有的瓦斯量可達到幾十立方米，故就煤體中所儲存的能量而言，瓦斯能往往比應(yīng)力應(yīng)變能大幾倍到十幾倍。通常認為，在突出過程中，地應(yīng)力的主要作用是破碎煤體，給釋放瓦斯創(chuàng)造條件，而大規(guī)模突出的主要動能來源是瓦斯。,1 分源測壓法,對于水源主要來至于煤頂?shù)装搴畬訒r，可采用專打測水壓鉆孔進行分源測定，其原理是向煤層頂板、煤層與煤層底板分別打測壓鉆孔測定各自壓力，然后分析水壓與瓦斯壓力的關(guān)系，通過壓力差值來求出煤層的瓦斯壓力，但此法只能適用煤層與頂?shù)缀畬娱g有較好隔離，否則，用此法煤層瓦斯壓力測不出來。對于測壓鉆孔要求為：1號鉆孔穿透所測煤層，終孔位置在煤層底板0.6m處；2號鉆孔終孔在煤層頂板含水層內(nèi)，但離煤層間距保持在2m；3號鉆孔穿透所測煤層底板，終孔位置在底板含水處，具體布置見圖33所示，每個鉆孔壓力測定裝置的示意圖如圖34所示。,圖3-2 分源測壓法鉆孔布置示意圖,2 快速測壓法,1）快速測壓理論 鉆孔揭煤后暴露時間越長，鉆孔周圍的卸壓帶半徑越大，要使鉆孔中的瓦斯壓力上升，接近原始壓力值，鉆孔周圍發(fā)生瓦斯運移的范圍就越大，瓦斯運移到鉆孔的時間就越長，鉆孔中恢復(fù)到原始壓力值所需的時間就越長。為此： (a)確保鉆孔密封效果。采用膠囊粘液封孔器封孔，確保不泄漏。 (b)打鉆后盡早封孔，減少煤層暴露時間，降低煤層的瓦斯泄漏量，使鉆孔內(nèi)的瓦斯壓力盡快恢復(fù)。,2）快速測壓操作原理,(a)通過高壓注漿封堵鉆孔，隔絕測壓鉆孔與周圍圍巖裂隙連通的通道，使鉆孔與圍巖的裂隙無法導(dǎo)通，達到能準(zhǔn)確測定煤層瓦斯壓力的目的。 (b)在見煤0.51.5m時，停鉆封孔，使煤體的暴露時間縮短，降低瓦斯的排放量。 (c)使用M-2型膠囊粘液封孔器進行封孔，利用固體狀態(tài)的膠囊來封液體狀態(tài)的粘液，然后通過液體狀態(tài)的粘液再來封閉圍巖，達到快速封孔的目的。,2）瓦斯壓力測定步驟,（1）向鉆孔內(nèi)送入M-2型膠囊粘液封孔器； （2）向兩個膠囊內(nèi)注入水，保持水壓比預(yù)計的瓦斯壓力大1.5MPa左右； （3）向兩個膠囊之間注入粘液，保持粘液壓力比預(yù)計的瓦斯壓力大0.30.5MPa左右； （4） 為了彌補打鉆施工過程的瓦斯損失，向瓦斯室充入氣體，壓力在1MPa左右； （5）23天后，孔內(nèi)瓦斯室的壓力平衡，壓力表上的數(shù)值不再改變，即可得到煤層的瓦斯壓力。,第四章 井筒揭煤防突措施,一、“四位一體”的區(qū)域綜合防突措施 “四位一體”的區(qū)域綜合防突措施包括“區(qū)域突出危險性預(yù)測、區(qū)域防治煤與瓦斯突出措施、區(qū)域防突措施效果檢驗和區(qū)域安全防護措施”。 突出礦井應(yīng)對突出煤層進行區(qū)域突出危險性預(yù)測(簡稱為區(qū)域預(yù)測)。區(qū)域預(yù)測分為新水平、新采區(qū)開拓前的區(qū)域預(yù)測（簡稱開拓前區(qū)域預(yù)測）和新采區(qū)開拓完成后的區(qū)域預(yù)測（簡稱開拓后區(qū)域預(yù)測）兩個階段。突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測后劃分為突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)和無突出危險區(qū)。未進行區(qū)域預(yù)測的區(qū)域應(yīng)視為突出危險區(qū)。,突出煤層在進行新水平、新采區(qū)開拓前，應(yīng)進行開拓前區(qū)域預(yù)測，預(yù)測結(jié)果僅用于指導(dǎo)新水平、新采區(qū)的設(shè)計和新水平、新采區(qū)開拓工程的石門（含立、斜井）揭煤作業(yè)。在新水平、新采區(qū)開拓前，當(dāng)預(yù)測區(qū)域的煤層缺少或沒有井下實測瓦斯參數(shù)時，可主要依據(jù)地質(zhì)勘探資料、上水平的實測和生產(chǎn)資料等進行。在新采區(qū)完成采區(qū)主要巷道的施工后，突出煤層應(yīng)進行開拓后區(qū)域預(yù)測，預(yù)測結(jié)果用于指導(dǎo)工作面的設(shè)計和采掘生產(chǎn)作業(yè)。開拓后區(qū)域預(yù)測應(yīng)主要依據(jù)預(yù)測區(qū)域煤層瓦斯的實測資料，并結(jié)合地質(zhì)勘探資料、上水平的實測和生產(chǎn)資料等進行。,對經(jīng)區(qū)域預(yù)測劃分的和采取區(qū)域防突措施后改劃的突出威脅區(qū)煤層，應(yīng)按以下要求管理： 1）經(jīng)開拓后區(qū)域預(yù)測劃分的突出威脅區(qū)和開采保護層后改劃為突出威脅區(qū)的煤層，必須在所有石門揭煤和煤巷掘進工作面連續(xù)用工作面預(yù)測的方法進行驗證（即工作面預(yù)測）。如果驗證為沒有突出危險，則采取區(qū)域安全防護措施和工作面安全防護措施后方能進行采掘作業(yè)；如果在一個區(qū)段或回采工作面布置范圍內(nèi)的順槽、切眼等所有煤巷掘進工作面均驗證為沒有突出危險，則在該區(qū)段或回采工作面布置范圍內(nèi)的煤層為無突出危險區(qū)；如果任何一次驗證有突出危險，則該工作面及該區(qū)域以后的采掘作業(yè)中均應(yīng)執(zhí)行局部綜合防突措施。,2）經(jīng)采取預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施后改劃為突出威脅區(qū)的煤層，必須在所有石門揭煤、煤巷掘進和回采工作面執(zhí)行“四位一體”的局部綜合防突措施。 3）經(jīng)開拓前區(qū)域預(yù)測劃分的突出威脅區(qū)的煤層進行新水平、新采區(qū)開拓時，石門（含立、斜井）揭煤工作面應(yīng)執(zhí)行局部綜合防突措施。 在經(jīng)開拓后區(qū)域預(yù)測劃分的無突出危險區(qū)或采取區(qū)域綜合防突措施后改劃為無突出危險區(qū)的煤層，必須采取區(qū)域安全防護措施和工作面安全防護措施后方可進行采掘作業(yè)。 在首次開采某個煤層作為保護層區(qū)域防突措施時，都必須對被保護層進行保護效果的檢驗及保護范圍的實際考察，并不斷積累、補充完善資料，以便得出保護效果及保護范圍的參數(shù)。,區(qū)域防突措施是指在對突出煤層進行采掘作業(yè)前，對突出煤層較大范圍內(nèi)采取的防治煤與瓦斯突出措施。區(qū)域防突措施包括開采保護層和預(yù)抽煤層瓦斯兩類。開采保護層分為上保護層和下保護層兩種方式。預(yù)抽煤層瓦斯可采用的抽放方式有：地面井預(yù)抽煤層瓦斯以及井下穿層鉆孔和順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯、穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯、順層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯、穿層鉆孔預(yù)抽石門（含立、斜井等）揭煤區(qū)域煤層瓦斯、順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯等。根據(jù)煤層、瓦斯賦存及開采條件，區(qū)域防突措施必須優(yōu)先選用開采保護層措施。在無保護層開采條件時可選取預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域防突措施，并按上述列舉的各類方式的優(yōu)先順序選取一種或多種方式的預(yù)抽煤層瓦斯措施，但地面井預(yù)抽煤層瓦斯應(yīng)與其它方式的區(qū)域防突措施共同使用。,二 “四位一體”的局部綜合防突措施,“四位一體”的局部綜合防突措施包括“工作面突出危險性預(yù)測、工作面防突措施、工作面防突措施效果檢驗和工作面安全防護措施”。工作面突出危險性預(yù)測 (簡稱工作面預(yù)測)是預(yù)測工作面附近煤體的突出危險性，包括石門和立井、斜井揭煤工作面，煤巷掘進工作面和采煤工作面的突出危險性預(yù)測等，應(yīng)在工作面推進過程中進行。采掘工作面經(jīng)工作面預(yù)測后劃分為突出危險工作面和無突出危險工作面。進行工作面預(yù)測的采掘工作面，應(yīng)視為突出危險工作面。 突出危險工作面必須采取工作面防突措施，并進行措施效果檢驗。經(jīng)檢驗證實措施有效后，即判定為無突出危險工作面；當(dāng)措施無效時，仍為突出危險工作面，無論防突措施鉆孔還留有多少超前距，都必須采取防治煤與瓦斯突出的補充措施，并再次進行措施效果檢驗。無突出危險工作面必須在采取區(qū)域安全防護措施和工作面安全防護措施并保留足夠的突出預(yù)測超前距或防突措施超前距的條件下進行采掘作業(yè)。,煤巷掘進和回采工作面應(yīng)保留的最小預(yù)測超前距均為2m。應(yīng)保留的最小措施超前距為：煤巷掘進工作面5m，回采工作面3m，在地質(zhì)構(gòu)造破壞嚴(yán)重地帶應(yīng)適當(dāng)增加超前距。門和立井、斜井揭穿突出威脅區(qū)的煤層前，必須準(zhǔn)確控制煤層層位，掌握煤層的賦存位置、形態(tài)。在揭煤工作面掘進至距煤層最小法向距離10m之前，應(yīng)至少打兩個穿透煤層全厚且進入頂（底）板不小于0.5m的前探鉆孔，并詳細記錄巖芯資料。當(dāng)需要測定瓦斯壓力時，前探鉆孔可用作測定鉆孔；若二者不能共用時，則測定鉆孔應(yīng)布置在該區(qū)域各鉆孔見煤點間距最大的位置。 在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖石破碎的區(qū)域，揭煤工作面掘至距煤層最小法向距離20m之前必須布置一定數(shù)量的前探鉆孔，以保證能確切掌握煤層厚度、傾角變化、地質(zhì)構(gòu)造和瓦斯情況。,三 區(qū)域突出危險性預(yù)測,區(qū)域預(yù)測應(yīng)按以下方法進行： 1）劃分的煤層瓦斯風(fēng)化帶為無突出危險區(qū)域。 2）根據(jù)已開采區(qū)域確切掌握的煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造條件、突出分布的規(guī)律和對預(yù)測區(qū)域煤層地質(zhì)構(gòu)造的探測、預(yù)測結(jié)果，采用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計的方法劃分出突出危險區(qū)域。作法是：在同一地質(zhì)單元內(nèi)，發(fā)生了突出或有明顯突出預(yù)兆的位置以上20m（埋深）及以下的范圍為突出危險區(qū)；此外，根據(jù)上部區(qū)域突出點或具有明顯突出預(yù)兆的位置分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系確定構(gòu)造線兩側(cè)突出危險區(qū)邊緣到構(gòu)造線的最遠距離，并結(jié)合下部區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造分布劃分出下部區(qū)域構(gòu)造線兩側(cè)的突出危險區(qū),3）在上1）、2）劃分出的無突出危險區(qū)和突出危險區(qū)以外的預(yù)測區(qū)域，根據(jù)煤層瓦斯壓力P或瓦斯含量劃分出突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)和無突出危險區(qū)。劃分所依據(jù)的臨界值應(yīng)根據(jù)試驗考察確定，在確定前可暫按表5劃分。,表5 根據(jù)煤層瓦斯壓力、含量進行區(qū)域預(yù)測的臨界值,第五章 突出事故處理,一、處理內(nèi)瓦斯 1）在地面距主井井口上風(fēng)側(cè)安全位置新安裝多臺局部通風(fēng)機利用原敷設(shè)的風(fēng)筒向井下供風(fēng)。主井井口周圍布置了多個瓦斯傳感器,實時監(jiān)測排放的瓦斯?jié)舛?控制排出的高濃度瓦斯在井口20m范圍內(nèi)稀釋到安全值以下。井口瓦斯?jié)舛扔筛邼舛戎饾u降至5 % . 2）在轉(zhuǎn)載膠帶機巷掘進小斷面搶險通道,采用炮掘、打鉆貫通。,二、拆除、新建井筒內(nèi)提升系統(tǒng),礦山救護隊員通過搶險通道向主井探險。如突出強度大,井筒內(nèi)原提升系統(tǒng)被摧毀,必須拆除井筒內(nèi)所有管線及其他威脅安全的構(gòu)件,新建提升系統(tǒng)。為縮短搶險工期,利用已有的系統(tǒng)恢復(fù)主井通風(fēng)、監(jiān)控、壓風(fēng)、供水、排水系統(tǒng);從地面恢復(fù)提升供電、通信系統(tǒng)。要采用液壓鉗及氣焊逐一割斷主井內(nèi)有安全威脅的鋼絲繩、管路、原吊盤部件構(gòu)件并從井口提走。制作的新吊盤,重新安裝、下放。,三、排凈井筒內(nèi)積