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立井揭突出煤層封孔測(cè)壓技術(shù)研究,姓 名；鄔武漢 專(zhuān) 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(xiǎn)性分析 煤層瓦斯壓力測(cè)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(shí)所采用的封孔和測(cè)壓技術(shù)。封孔技術(shù)有多步分段注漿封孔技術(shù)。測(cè)壓技術(shù)有分源測(cè)壓法和快速測(cè)壓法 煤與瓦斯突出是生產(chǎn)和掘進(jìn)過(guò)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(dòng)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(mǎn)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(xiǎn)性分析,一、煤與瓦斯突出的機(jī)理 煤層中積聚瓦斯氣體，形成巨大壓力。開(kāi)采過(guò)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(huì)從煤體內(nèi)，向采掘空間拋出。它在很短時(shí)間內(nèi)使采掘工作面的煤壁遭到破壞，從煤層內(nèi)部快速?lài)姵龃罅棵号c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(jì)工藝流程,井筒揭煤是建井施工一項(xiàng)十分重要的工作，特別是揭具有突出危險(xiǎn)性煤層。井筒揭煤前要進(jìn)行煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)工作，一旦預(yù)測(cè)指標(biāo)超限，就必須進(jìn)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(qiáng)度。具體揭煤工序如下：,1、具體揭煤工序如下：,防突設(shè)計(jì)探煤鉆、測(cè)壓鉆措施預(yù)測(cè)有突出危險(xiǎn)消突或其它消突措施措施效果檢驗(yàn)有效安全防護(hù)措施揭穿煤層 如過(guò)預(yù)測(cè)出無(wú)突出危險(xiǎn)，則直接進(jìn)行安全防護(hù)措施。若措施效果檢驗(yàn)無(wú)效，則有補(bǔ)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(cè)定技術(shù),一、封孔技術(shù) 井筒在進(jìn)行瓦斯壓力測(cè)定過(guò)程中，由于淋水大，封孔難度較大，瓦斯壓力往往因?yàn)樗?，封孔不?yán)而測(cè)不出來(lái)。瓦斯壓力是預(yù)測(cè)煤層是否具有突出危險(xiǎn)性較敏感指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力第一步也是最重要工作是將測(cè)壓孔封嚴(yán)，不漏氣，為了達(dá)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(jiàn)圖31所示。,圖3-1 分段多步封孔測(cè)壓布置示意圖,二 瓦斯壓力的測(cè)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(guò)程是顯而易見(jiàn)的，為其提供了一定的動(dòng)力來(lái)源，且在瓦斯壓力突然降低，解放膨脹潛能的過(guò)程中，促使及加速煤體的破碎過(guò)程。瓦斯壓力隨著開(kāi)采深度的增加一般是呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，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(dá)到幾十立方米，故就煤體中所儲(chǔ)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(rèn)為，在突出過(guò)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?jiǎng)幽軄?lái)源是瓦斯。,1 分源測(cè)壓法,對(duì)于水源主要來(lái)至于煤頂?shù)装搴畬訒r(shí)，可采用專(zhuān)打測(cè)水壓鉆孔進(jìn)行分源測(cè)定，其原理是向煤層頂板、煤層與煤層底板分別打測(cè)壓鉆孔測(cè)定各自壓力，然后分析水壓與瓦斯壓力的關(guān)系，通過(guò)壓力差值來(lái)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(cè)不出來(lái)。對(duì)于測(cè)壓鉆孔要求為：1號(hào)鉆孔穿透所測(cè)煤層，終孔位置在煤層底板0.6m處；2號(hào)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(hào)鉆孔穿透所測(cè)煤層底板，終孔位置在底板含水處，具體布置見(jiàn)圖33所示，每個(gè)鉆孔壓力測(cè)定裝置的示意圖如圖34所示。,圖3-2 分源測(cè)壓法鉆孔布置示意圖,2 快速測(cè)壓法,1）快速測(cè)壓理論 鉆孔揭煤后暴露時(shí)間越長(zhǎng)，鉆孔周?chē)男秹簬О霃皆酱?，要使鉆孔中的瓦斯壓力上升，接近原始?jí)毫χ?，鉆孔周?chē)l(fā)生瓦斯運(yùn)移的范圍就越大，瓦斯運(yùn)移到鉆孔的時(shí)間就越長(zhǎng)，鉆孔中恢復(fù)到原始?jí)毫χ邓璧臅r(shí)間就越長(zhǎng)。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(shí)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(cè)壓操作原理,(a)通過(guò)高壓注漿封堵鉆孔，隔絕測(cè)壓鉆孔與周?chē)鷩鷰r裂隙連通的通道，使鉆孔與圍巖的裂隙無(wú)法導(dǎo)通，達(dá)到能準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力的目的。 (b)在見(jiàn)煤0.51.5m時(shí)，停鉆封孔，使煤體的暴露時(shí)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(jìn)行封孔，利用固體狀態(tài)的膠囊來(lái)封液體狀態(tài)的粘液，然后通過(guò)液體狀態(tài)的粘液再來(lái)封閉圍巖，達(dá)到快速封孔的目的。,2）瓦斯壓力測(cè)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(gè)膠囊內(nèi)注入水，保持水壓比預(yù)計(jì)的瓦斯壓力大1.5MPa左右； （3）向兩個(gè)膠囊之間注入粘液，保持粘液壓力比預(yù)計(jì)的瓦斯壓力大0.30.5MPa左右； （4） 為了彌補(bǔ)打鉆施工過(guò)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(xiǎn)性預(yù)測(cè)、區(qū)域防治煤與瓦斯突出措施、區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)和區(qū)域安全防護(hù)措施”。 突出礦井應(yīng)對(duì)突出煤層進(jìn)行區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)(簡(jiǎn)稱(chēng)為區(qū)域預(yù)測(cè))。區(qū)域預(yù)測(cè)分為新水平、新采區(qū)開(kāi)拓前的區(qū)域預(yù)測(cè)（簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)拓前區(qū)域預(yù)測(cè)）和新采區(qū)開(kāi)拓完成后的區(qū)域預(yù)測(cè)（簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)拓后區(qū)域預(yù)測(cè)）兩個(gè)階段。突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測(cè)后劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。未進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)的區(qū)域應(yīng)視為突出危險(xiǎn)區(qū)。,突出煤層在進(jìn)行新水平、新采區(qū)開(kāi)拓前，應(yīng)進(jìn)行開(kāi)拓前區(qū)域預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果僅用于指導(dǎo)新水平、新采區(qū)的設(shè)計(jì)和新水平、新采區(qū)開(kāi)拓工程的石門(mén)（含立、斜井）揭煤作業(yè)。在新水平、新采區(qū)開(kāi)拓前，當(dāng)預(yù)測(cè)區(qū)域的煤層缺少或沒(méi)有井下實(shí)測(cè)瓦斯參數(shù)時(shí)，可主要依據(jù)地質(zhì)勘探資料、上水平的實(shí)測(cè)和生產(chǎn)資料等進(jìn)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(jìn)行開(kāi)拓后區(qū)域預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果用于指導(dǎo)工作面的設(shè)計(jì)和采掘生產(chǎn)作業(yè)。開(kāi)拓后區(qū)域預(yù)測(cè)應(yīng)主要依據(jù)預(yù)測(cè)區(qū)域煤層瓦斯的實(shí)測(cè)資料，并結(jié)合地質(zhì)勘探資料、上水平的實(shí)測(cè)和生產(chǎn)資料等進(jìn)行。,對(duì)經(jīng)區(qū)域預(yù)測(cè)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(kāi)拓后區(qū)域預(yù)測(cè)劃分的突出威脅區(qū)和開(kāi)采保護(hù)層后改劃為突出威脅區(qū)的煤層，必須在所有石門(mén)揭煤和煤巷掘進(jìn)工作面連續(xù)用工作面預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行驗(yàn)證（即工作面預(yù)測(cè)）。如果驗(yàn)證為沒(méi)有突出危險(xiǎn)，則采取區(qū)域安全防護(hù)措施和工作面安全防護(hù)措施后方能進(jìn)行采掘作業(yè)；如果在一個(gè)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(jìn)工作面均驗(yàn)證為沒(méi)有突出危險(xiǎn)，則在該區(qū)段或回采工作面布置范圍內(nèi)的煤層為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)；如果任何一次驗(yàn)證有突出危險(xiǎn)，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(mén)揭煤、煤巷掘進(jìn)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(kāi)拓前區(qū)域預(yù)測(cè)劃分的突出威脅區(qū)的煤層進(jìn)行新水平、新采區(qū)開(kāi)拓時(shí)，石門(mén)（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(kāi)拓后區(qū)域預(yù)測(cè)劃分的無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)或采取區(qū)域綜合防突措施后改劃為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)的煤層，必須采取區(qū)域安全防護(hù)措施和工作面安全防護(hù)措施后方可進(jìn)行采掘作業(yè)。 在首次開(kāi)采某個(gè)煤層作為保護(hù)層區(qū)域防突措施時(shí)，都必須對(duì)被保護(hù)層進(jìn)行保護(hù)效果的檢驗(yàn)及保護(hù)范圍的實(shí)際考察，并不斷積累、補(bǔ)充完善資料，以便得出保護(hù)效果及保護(hù)范圍的參數(shù)。,區(qū)域防突措施是指在對(duì)突出煤層進(jìn)行采掘作業(yè)前，對(duì)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(kāi)采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩類(lèi)。開(kāi)采保護(hù)層分為上保護(hù)層和下保護(hù)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(mén)（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(kāi)采條件，區(qū)域防突措施必須優(yōu)先選用開(kāi)采保護(hù)層措施。在無(wú)保護(hù)層開(kāi)采條件時(shí)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(lèi)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(xiǎn)性預(yù)測(cè)、工作面防突措施、工作面防突措施效果檢驗(yàn)和工作面安全防護(hù)措施”。工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè) (簡(jiǎn)稱(chēng)工作面預(yù)測(cè))是預(yù)測(cè)工作面附近煤體的突出危險(xiǎn)性，包括石門(mén)和立井、斜井揭煤工作面，煤巷掘進(jìn)工作面和采煤工作面的突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)等，應(yīng)在工作面推進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行。采掘工作面經(jīng)工作面預(yù)測(cè)后劃分為突出危險(xiǎn)工作面和無(wú)突出危險(xiǎn)工作面。進(jìn)行工作面預(yù)測(cè)的采掘工作面，應(yīng)視為突出危險(xiǎn)工作面。 突出危險(xiǎn)工作面必須采取工作面防突措施，并進(jìn)行措施效果檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)證實(shí)措施有效后，即判定為無(wú)突出危險(xiǎn)工作面；當(dāng)措施無(wú)效時(shí)，仍為突出危險(xiǎn)工作面，無(wú)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(bǔ)充措施，并再次進(jìn)行措施效果檢驗(yàn)。無(wú)突出危險(xiǎn)工作面必須在采取區(qū)域安全防護(hù)措施和工作面安全防護(hù)措施并保留足夠的突出預(yù)測(cè)超前距或防突措施超前距的條件下進(jìn)行采掘作業(yè)。,煤巷掘進(jìn)和回采工作面應(yīng)保留的最小預(yù)測(cè)超前距均為2m。應(yīng)保留的最小措施超前距為：煤巷掘進(jìn)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(mén)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(jìn)至距煤層最小法向距離10m之前，應(yīng)至少打兩個(gè)穿透煤層全厚且進(jìn)入頂（底）板不小于0.5m的前探鉆孔，并詳細(xì)記錄巖芯資料。當(dāng)需要測(cè)定瓦斯壓力時(shí)，前探鉆孔可用作測(cè)定鉆孔；若二者不能共用時(shí)，則測(cè)定鉆孔應(yīng)布置在該區(qū)域各鉆孔見(jiàn)煤點(diǎn)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(xiǎn)性預(yù)測(cè),區(qū)域預(yù)測(cè)應(yīng)按以下方法進(jìn)行： 1）劃分的煤層瓦斯風(fēng)化帶為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)域。 2）根據(jù)已開(kāi)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(duì)預(yù)測(cè)區(qū)域煤層地質(zhì)構(gòu)造的探測(cè)、預(yù)測(cè)結(jié)果，采用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)的方法劃分出突出危險(xiǎn)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(xiǎn)區(qū)；此外，根據(jù)上部區(qū)域突出點(diǎn)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(xiàn)兩側(cè)突出危險(xiǎn)區(qū)邊緣到構(gòu)造線(xiàn)的最遠(yuǎn)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(xiàn)兩側(cè)的突出危險(xiǎn)區(qū),3）在上1）、2）劃分出的無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)和突出危險(xiǎn)區(qū)以外的預(yù)測(cè)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(xiǎn)區(qū)、突出威脅區(qū)和無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。劃分所依據(jù)的臨界值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)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(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)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(tái)局部通風(fēng)機(jī)利用原敷設(shè)的風(fēng)筒向井下供風(fēng)。主井井口周?chē)贾昧硕鄠€(gè)瓦斯傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jī)巷掘進(jìn)小斷面搶險(xiǎn)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(hù)隊(duì)員通過(guò)搶險(xiǎn)通道向主井探險(xiǎn)。如突出強(qiáng)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(xiàn)及其他威脅安全的構(gòu)件,新建提升系統(tǒng)。為縮短搶險(xiǎn)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(pán)部件構(gòu)件并從井口提走。制作的新吊盤(pán),重新安裝、下放。,三、排凈井筒內(nèi)積