论文部分内容阅读
摘 要：本文通过重点介绍对副立井井筒3号煤层实施的区域防突措施设计、执行、效果检验等过程，后又通过采取工作面局部防突措施等，最终安全顺利地揭穿了3号煤层，为其他同类工程积累经验。
关键词：煤与瓦斯突出;大直径;立井井筒;穿层钻孔;揭煤
1 引言
立井井筒揭煤是一项较为危险且复杂的系统工程，揭煤过程中，瓦斯的治理和防治尤为关键，一旦瓦斯治理措施和安全防护措施执行不到位，就会带来安全隐患，严重的会发生煤与瓦斯突出，抛出的煤堵塞井筒，甚至可喷出井口，对井筒的稳定性造成影响和损害，同时也对矿井的安全生产造成极大的危害。
2 工程概况
山西晋城东大煤矿为在建的煤与瓦斯突出矿井，由山西晋煤集团和山西煤运销集团合资开发建设，副立井井筒由中煤第三建设（集团）有限责任公司三十工程处施工，井筒垂深609.5m，净直径9.7m，表土及风化段壁厚900mm，基岩段壁厚800mm。根据《副立井检查孔地质柱状图（S1033-116G-2）》及矿井其他地勘资料等得知：井筒在井深538.36m处将揭露3号煤层，煤层厚度为4.99m，倾角接近水平，黑色，亮主暗次，夹镜煤条带，内生裂隙发育，阶梯状断口，光亮型煤。3号煤层原煤瓦斯含量为7.56～29.83m3/t，平均瓦斯含量17.03m3/t，被鉴定为煤与瓦斯突出煤层。根据东大煤矿回风立井和主立井揭煤实际测定情况，回风立井实测最大瓦斯含量为20.34m3/t，瓦斯压力最大为2.9MPa（反算瓦斯含量为21.37m3/t），主立井实测最大瓦斯含量为19.65m3/t。3号煤层自燃倾向性等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层，煤层煤尘无爆炸危险性。矿井正常涌水量250m3/h，最大涌水量792m3/h。
3 煤层瓦斯实测情况
在井筒工作面距3号煤顶板法距20m位置和10m位置，分别施工4个穿透煤层全厚且进入3号煤底板至少2m的前探钻孔探测，探测结果显示：在揭煤区域煤层无明显地质构造，煤层赋存简单;3号煤层在副立井位置厚4.99m，倾角接近水平，预计副立井井筒在井深538.36m处揭露3号煤层。
在掌握煤層赋存情况后，副立井继续施工直至距煤层法线距离7m处停止掘进，布置3个测瓦斯压力钻孔，但封孔后2个钻孔未测出瓦斯压力，分析原因可能是封孔质量不良导致，另一个钻孔实测瓦斯压力0.4MPa。而东大煤矿副立井邻近位置的回风立井和主立井揭煤实际测定时，回风立井实测最大瓦斯含量为20.34m3/t，瓦斯压力最大为2.9MPa（反算瓦斯含量为21.37m3/t），主立井实测最大瓦斯含量为19.65m3/t。
4 区域防突措施
4.1 区域防突措施设计
副立井井底揭煤区域千米钻机钻孔覆盖后，在副井井筒工作面距3号煤顶板法距7m位置（井筒垂深531.36m）采取了穿层钻孔区域防突措施，该揭煤区域设计穿层抽采钻孔共计336个，钻孔施工直径为75mm，设计长度为13.5～26.6m，钻孔开孔倾角-35°至-75°，开孔间距在0.6～0.9m之间，终孔间距2.0m左右，设计钻孔进尺工程量6841.8m，控制范围为井筒轮廓线外15m。如果将所有钻孔布置在工作面存在一定困难，为优化设计、便于施工，将最外四圈共210个钻孔，孔口布置在距工作面帮部2米高范围内，这样就将绝大部分抽放钻孔孔口位置设计在井帮上，通过抽放钻孔优化设计，有利于三台SGZ-300型钻机在圆形操作平台上平行作业，成孔率高，钻孔施工工期短，瓦斯抽放效率高，还解决了井筒积水、堵孔、淹孔和排钻屑困难等问题。
4.2 区域防突措施执行情况
按照区域防突措施的穿层钻孔设计，于2015年12月30日开始施工瓦斯预抽钻孔，于2016年1月10日施工完毕，共施工有效抽采钻孔338个，累计钻孔进尺11601.4m，其中煤孔进尺3708.4m，控制范围为井筒轮廓线外21m。钻孔施工过程中，没有出现喷孔、顶钻或夹钻等动力现象，钻孔施工完毕后，将各钻孔合茬连接到集气箱、集气箱再连接到瓦斯抽采主管路，进行抽采。钻孔封孔管采用Ф50mmPE管，每根PE管长8m，穿层钻孔的封孔段长度6m，采用PB-Ⅱ膨博封孔袋和水泥浆封孔。
5 区域防突措施效果检验
5.1 瓦斯抽采量统计分析
由于回风立井和主立井揭煤后，井底车场具备施工条件时，通过千米钻机钻孔先行覆盖了副立井井底揭煤区域煤层预抽瓦斯，故采取区域防突措施前实测的瓦斯含量属于残余瓦斯含量，瓦斯含量大小为16.0m3/t，同时副立井实测的瓦斯压力仅有一个孔有读数为0.4MPa，因此副立井实测的瓦斯压力和含量数据不能具体反映副立井揭煤区域原始瓦斯情况。
参照东大煤矿回风立井和主立井揭煤实际测定情况，回风立井实测最大瓦斯含量为20.34m3/t，瓦斯压力最大为2.9MPa（反算瓦斯含量为21.37m3/t），主立井实测最大瓦斯含量为19.65m3/t。副立井揭煤区域原始瓦斯含量可参照回风立井数据，按瓦斯含量21.37 m3/t考虑。
5.2 区域措施效果检验
根据距煤层法距7m位置区域措施效果检验测定的结果，东大煤矿副立井井筒揭煤区域3号煤层最大残余瓦斯含量为7.87 m3/t，小于《防治煤与瓦斯突出规定》的临界值8m3/t，而且在所有的钻孔施工过程中，没有出现喷孔、顶钻或夹钻等动力现象，检验结果表明区域防突措施有效。
5.3 区域效果检验结论
（1）东大煤矿副立井井筒揭煤区域防突措施钻孔均按照设计施工，共施工有效钻孔338个，且钻孔分布较为均匀，钻孔终孔间距和控制范围达到设计要求。
（2）经连续抽采，统计副立井揭煤区域瓦斯预抽总量达到21.37万m3，满足了需抽采瓦斯总量16万m3的要求，且经计算抽采后煤层残余瓦斯含量降至7.5 m3/t，从抽采量统计上可判断区域措施有效。
（3）经现场测定，东大煤矿副立井井筒揭煤区域3号煤层最大残余瓦斯含量为7.87 m3/t，小于《防治煤与瓦斯突出规定》的临界值，而且在所有钻孔施工过程中，没有出现喷孔、顶钻或夹钻等动力现象，检验结果表明区域防突措施有效。
6 后期揭煤工作
2018年12月，重庆煤科院出具了《东大煤矿副立井井筒揭穿3#煤层区域防突措施效果检验报告》，测定结果为井筒轮廓线12m范围内均未超标，检验结果表明区域防突措施有效，经矿方与煤科院研究决定，按照相关要求，可以继续进行下一步工作
7 结语
东大煤矿副立井井筒揭穿3号煤层期间，均按照《防治煤与瓦斯突出规定》等相关规定，根据预测结果，制定相关措施，严格按照“四位一体”防突程序，依次进行探揭煤工作，最终安全顺利地揭穿了3号煤层，同时也为其他同类型的煤与瓦斯突出矿井大直径立井井筒揭煤工作积累了宝贵经验。
参考文献：
[1] 煤矿安全规程[S]，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局，2016.
[2] 防治煤与瓦斯突出规定[S]，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局，2009.
作者简介：
程强（1987-），男，本科，工程师，从事煤矿通风安全工作。
关键词：煤与瓦斯突出;大直径;立井井筒;穿层钻孔;揭煤
1 引言
立井井筒揭煤是一项较为危险且复杂的系统工程，揭煤过程中，瓦斯的治理和防治尤为关键，一旦瓦斯治理措施和安全防护措施执行不到位，就会带来安全隐患，严重的会发生煤与瓦斯突出，抛出的煤堵塞井筒，甚至可喷出井口，对井筒的稳定性造成影响和损害，同时也对矿井的安全生产造成极大的危害。
2 工程概况
山西晋城东大煤矿为在建的煤与瓦斯突出矿井，由山西晋煤集团和山西煤运销集团合资开发建设，副立井井筒由中煤第三建设（集团）有限责任公司三十工程处施工，井筒垂深609.5m，净直径9.7m，表土及风化段壁厚900mm，基岩段壁厚800mm。根据《副立井检查孔地质柱状图（S1033-116G-2）》及矿井其他地勘资料等得知：井筒在井深538.36m处将揭露3号煤层，煤层厚度为4.99m，倾角接近水平，黑色，亮主暗次，夹镜煤条带，内生裂隙发育，阶梯状断口，光亮型煤。3号煤层原煤瓦斯含量为7.56～29.83m3/t，平均瓦斯含量17.03m3/t，被鉴定为煤与瓦斯突出煤层。根据东大煤矿回风立井和主立井揭煤实际测定情况，回风立井实测最大瓦斯含量为20.34m3/t，瓦斯压力最大为2.9MPa（反算瓦斯含量为21.37m3/t），主立井实测最大瓦斯含量为19.65m3/t。3号煤层自燃倾向性等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层，煤层煤尘无爆炸危险性。矿井正常涌水量250m3/h，最大涌水量792m3/h。
3 煤层瓦斯实测情况
在井筒工作面距3号煤顶板法距20m位置和10m位置，分别施工4个穿透煤层全厚且进入3号煤底板至少2m的前探钻孔探测，探测结果显示：在揭煤区域煤层无明显地质构造，煤层赋存简单;3号煤层在副立井位置厚4.99m，倾角接近水平，预计副立井井筒在井深538.36m处揭露3号煤层。
在掌握煤層赋存情况后，副立井继续施工直至距煤层法线距离7m处停止掘进，布置3个测瓦斯压力钻孔，但封孔后2个钻孔未测出瓦斯压力，分析原因可能是封孔质量不良导致，另一个钻孔实测瓦斯压力0.4MPa。而东大煤矿副立井邻近位置的回风立井和主立井揭煤实际测定时，回风立井实测最大瓦斯含量为20.34m3/t，瓦斯压力最大为2.9MPa（反算瓦斯含量为21.37m3/t），主立井实测最大瓦斯含量为19.65m3/t。
4 区域防突措施
4.1 区域防突措施设计
副立井井底揭煤区域千米钻机钻孔覆盖后，在副井井筒工作面距3号煤顶板法距7m位置（井筒垂深531.36m）采取了穿层钻孔区域防突措施，该揭煤区域设计穿层抽采钻孔共计336个，钻孔施工直径为75mm，设计长度为13.5～26.6m，钻孔开孔倾角-35°至-75°，开孔间距在0.6～0.9m之间，终孔间距2.0m左右，设计钻孔进尺工程量6841.8m，控制范围为井筒轮廓线外15m。如果将所有钻孔布置在工作面存在一定困难，为优化设计、便于施工，将最外四圈共210个钻孔，孔口布置在距工作面帮部2米高范围内，这样就将绝大部分抽放钻孔孔口位置设计在井帮上，通过抽放钻孔优化设计，有利于三台SGZ-300型钻机在圆形操作平台上平行作业，成孔率高，钻孔施工工期短，瓦斯抽放效率高，还解决了井筒积水、堵孔、淹孔和排钻屑困难等问题。
4.2 区域防突措施执行情况
按照区域防突措施的穿层钻孔设计，于2015年12月30日开始施工瓦斯预抽钻孔，于2016年1月10日施工完毕，共施工有效抽采钻孔338个，累计钻孔进尺11601.4m，其中煤孔进尺3708.4m，控制范围为井筒轮廓线外21m。钻孔施工过程中，没有出现喷孔、顶钻或夹钻等动力现象，钻孔施工完毕后，将各钻孔合茬连接到集气箱、集气箱再连接到瓦斯抽采主管路，进行抽采。钻孔封孔管采用Ф50mmPE管，每根PE管长8m，穿层钻孔的封孔段长度6m，采用PB-Ⅱ膨博封孔袋和水泥浆封孔。
5 区域防突措施效果检验
5.1 瓦斯抽采量统计分析
由于回风立井和主立井揭煤后，井底车场具备施工条件时，通过千米钻机钻孔先行覆盖了副立井井底揭煤区域煤层预抽瓦斯，故采取区域防突措施前实测的瓦斯含量属于残余瓦斯含量，瓦斯含量大小为16.0m3/t，同时副立井实测的瓦斯压力仅有一个孔有读数为0.4MPa，因此副立井实测的瓦斯压力和含量数据不能具体反映副立井揭煤区域原始瓦斯情况。
参照东大煤矿回风立井和主立井揭煤实际测定情况，回风立井实测最大瓦斯含量为20.34m3/t，瓦斯压力最大为2.9MPa（反算瓦斯含量为21.37m3/t），主立井实测最大瓦斯含量为19.65m3/t。副立井揭煤区域原始瓦斯含量可参照回风立井数据，按瓦斯含量21.37 m3/t考虑。
5.2 区域措施效果检验
根据距煤层法距7m位置区域措施效果检验测定的结果，东大煤矿副立井井筒揭煤区域3号煤层最大残余瓦斯含量为7.87 m3/t，小于《防治煤与瓦斯突出规定》的临界值8m3/t，而且在所有的钻孔施工过程中，没有出现喷孔、顶钻或夹钻等动力现象，检验结果表明区域防突措施有效。
5.3 区域效果检验结论
（1）东大煤矿副立井井筒揭煤区域防突措施钻孔均按照设计施工，共施工有效钻孔338个，且钻孔分布较为均匀，钻孔终孔间距和控制范围达到设计要求。
（2）经连续抽采，统计副立井揭煤区域瓦斯预抽总量达到21.37万m3，满足了需抽采瓦斯总量16万m3的要求，且经计算抽采后煤层残余瓦斯含量降至7.5 m3/t，从抽采量统计上可判断区域措施有效。
（3）经现场测定，东大煤矿副立井井筒揭煤区域3号煤层最大残余瓦斯含量为7.87 m3/t，小于《防治煤与瓦斯突出规定》的临界值，而且在所有钻孔施工过程中，没有出现喷孔、顶钻或夹钻等动力现象，检验结果表明区域防突措施有效。
6 后期揭煤工作
2018年12月，重庆煤科院出具了《东大煤矿副立井井筒揭穿3#煤层区域防突措施效果检验报告》，测定结果为井筒轮廓线12m范围内均未超标，检验结果表明区域防突措施有效，经矿方与煤科院研究决定，按照相关要求，可以继续进行下一步工作
7 结语
东大煤矿副立井井筒揭穿3号煤层期间，均按照《防治煤与瓦斯突出规定》等相关规定，根据预测结果，制定相关措施，严格按照“四位一体”防突程序，依次进行探揭煤工作，最终安全顺利地揭穿了3号煤层，同时也为其他同类型的煤与瓦斯突出矿井大直径立井井筒揭煤工作积累了宝贵经验。
参考文献：
[1] 煤矿安全规程[S]，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局，2016.
[2] 防治煤与瓦斯突出规定[S]，国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局，2009.
作者简介：
程强（1987-），男，本科，工程师，从事煤矿通风安全工作。