采用工作面預(yù)注漿通過(guò)高突煤層施工方案

1、采用工作面預(yù)注漿通過(guò)高突煤層施工方案劉 晗(中煤一建四十九處 河北 邯鄲 056001)摘要本文介紹了在瓦斯壓力高達(dá)3.1MPa的高突礦井施工中首次采用工作面預(yù)注漿法作為防突措施,對(duì)井筒周圍煤層中瓦斯通道進(jìn)行封閉,順利通過(guò)突出煤層的作業(yè)方案,在施工中取得了較好的效果.應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，在沙曲煤礦南風(fēng)井立井揭煤施工中取得了安全快速、經(jīng)濟(jì)高效的效果。關(guān)鍵詞工作面預(yù)注漿法高突煤層 施工方案Face Pre-grouting method to expose coal seams high inrush Liu han(China Coal Crop.49 Projects Places HANDAN 0

2、56001)Abstract Introduced in high-conflict mine construction used as a face Pregrouting outburst prevention measures, The smooth operation of coal by highlighting the program, During the construction has made good results. Application of the technology, Shaqu southerly in wells open coal mine constr

3、uction to obtain a security Express、The effect of cost-effective。Key words Face Pregrouting High inrush seam 一、概況（一）礦井概況沙曲礦南翼進(jìn)風(fēng)立井由中煤一建四十九處承建, 井筒設(shè)計(jì)深度680.0m, 凈直徑7.0m，采用普通法施工。根據(jù)山西省西山煤礦總公司地質(zhì)處繪制的沙曲礦南翼風(fēng)井檢查孔柱狀圖和井筒實(shí)際揭露地層情況,進(jìn)風(fēng)井井筒將在累深622.99 m、631.17 m處依次揭露4、5煤層,厚度分別為2.27 m、2.39m. 相鄰的北翼風(fēng)井在通過(guò)4,5號(hào)煤層時(shí), 經(jīng)煤炭科學(xué)研究總院撫

4、順?lè)衷簩?shí)測(cè),4、5煤層瓦斯壓力最高達(dá)到2.5MPa,為有突出危險(xiǎn)的煤層。（二）地質(zhì)情況及煤層位置1井筒依次穿過(guò)第四系、新第三系、二疊系、石炭系太原組。2煤層根據(jù)地質(zhì)資料,4煤位于井筒深度622.99m,煤厚2.27m，亮煤為主，瀝青光澤；5煤位于井筒深度631.17m,煤厚2.39m，半暗型，夾亮條帶，光澤暗淡，內(nèi)生節(jié)理發(fā)育.相鄰的北翼風(fēng)井在通過(guò)該煤層時(shí)曾對(duì)壓力進(jìn)行檢測(cè),瓦斯壓力在2.5MPa左右.通過(guò)打抽放孔進(jìn)行瓦斯抽放,兩個(gè)半月后,壓力始終保持在0.9MPa左右.二、揭煤程序(一) 施工方案的確定因4#和5#煤層為突出煤層，且瓦斯含量高、壓力大。如何安全快速通過(guò)此煤層,技術(shù)人員多方搜集資料

5、,反復(fù)論證各種施工方案.傳統(tǒng)方法是采用安設(shè)瓦斯抽放泵進(jìn)行抽排瓦斯,作為防突措施,但采用該措施存在以下缺點(diǎn):瓦斯排放時(shí)間長(zhǎng),工序復(fù)雜,工期無(wú)法確定,人員窩工嚴(yán)重.根據(jù)沙曲礦生產(chǎn)資料和防突管理要求，結(jié)合以往在兩淮地區(qū)施工高瓦斯礦井經(jīng)驗(yàn),經(jīng)研究討論,決定采用“注、堵、排” 法作為防突措施.具體方法是:在距離煤層5m時(shí)停止掘進(jìn),澆筑混凝土止?jié){墊,沿井圈位置打孔注漿,對(duì)煤層的瓦斯通道進(jìn)行封閉,之后在井筒范圍內(nèi)施工瓦斯排放孔,對(duì)瓦斯進(jìn)行排放,待壓力排放至允許范圍內(nèi),采取放震動(dòng)炮的方法,揭穿煤層. 為保證南翼風(fēng)井安全順利揭煤，中煤四十九處與煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷汉炗唴f(xié)議,要求對(duì)煤層進(jìn)行打鉆并準(zhǔn)確測(cè)定瓦斯壓

6、力,以便確定采取防突措施后進(jìn)行效果檢驗(yàn).南翼進(jìn)風(fēng)井揭煤程序如圖所示。超前探煤防突措施設(shè)計(jì)注漿、排放措施效果檢驗(yàn)措施無(wú)效補(bǔ)充防突措施有效安全防護(hù)措施揭穿煤層壓力測(cè)定(二) 工期預(yù)計(jì)工期:三個(gè)月預(yù)計(jì)工期排隊(duì)表序號(hào)工作內(nèi)容工期15天30天45天60天75天90天備 注1準(zhǔn)備工作52打鉆測(cè)壓103工作面注漿154瓦斯排放405揭4號(hào)煤86揭5號(hào)煤87收尾490三、施工過(guò)程（一）鉆孔探煤接近煤層時(shí),對(duì)煤層進(jìn)行超前打鉆探煤。即在井筒施工距4#煤層頂板10m時(shí)，打2個(gè)超前鉆孔，探明煤層準(zhǔn)確位置。過(guò)程如下：1施工至預(yù)計(jì)井深時(shí)，停止工作面掘進(jìn)，將已掘井筒進(jìn)行永久支護(hù)，清理找平迎頭巖面，由工程測(cè)量技術(shù)人員實(shí)測(cè)井筒

7、深度，將實(shí)測(cè)井深標(biāo)至已砌好的井壁上，并現(xiàn)場(chǎng)圈定探煤孔開孔位置。2探煤孔1和探煤孔2沿煤層傾向布置。其中探煤孔1開孔位置距井筒中心線2m，方位角142，鉆孔按鉛垂線向西偏離5進(jìn)行施工；探煤孔2開孔位置在井筒中央，沿井筒中心線施工。探煤鉆孔穿過(guò)4#和5#煤層，進(jìn)入5#煤層的底板不少于500mm。3采用TXU200A鉆機(jī)施工探煤孔，鉆頭直徑90mm，鉆桿直徑60mm。4探明煤層位置后，立即用水泥、黃砂、黃泥（1：1：1）配制砂漿進(jìn)行封孔。（二）煤層瓦斯壓力測(cè)定1測(cè)定內(nèi)容探明煤層位置后，在距4# 煤層頂板法距10m處對(duì)4# 和5#煤層各施工2個(gè)測(cè)試鉆孔，進(jìn)行煤層瓦斯壓力測(cè)定,以便掌握煤層瓦斯壓力情況。

8、以及采取防突措施后，能更好的觀察煤層瓦斯壓力卸壓情況。2鉆孔施工1）施工至預(yù)計(jì)井深時(shí)，停止工作面掘進(jìn)，將已掘井筒進(jìn)行永久支護(hù).完成支護(hù)后，清理找平迎頭巖面，然后鋪上500mm厚的標(biāo)號(hào)為C30的混凝土，待混凝土完全凝固后（凝固時(shí)間控制16h以上），由工程測(cè)量技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)圈定測(cè)試孔開孔位置。2）4個(gè)測(cè)試孔開孔位置距井筒中心均為2m，對(duì)稱井筒中心線垂直間隔布置，按鉛垂方向施工。其中測(cè)試孔1和測(cè)試孔2穿過(guò)4#煤層的底板0.5m，測(cè)試孔3和測(cè)試孔4穿過(guò)5#煤層底板0.5m。測(cè)試孔布置見圖。3現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試1）測(cè)試鉆孔施工完畢后，在孔中插入帶有壓力表接頭的12.5mm鍍鋅管制做的導(dǎo)氣管， 4#煤導(dǎo)氣管長(zhǎng)度12m

9、，5#煤層導(dǎo)氣管長(zhǎng)度19m。其中導(dǎo)氣管節(jié)長(zhǎng)2m，中間用管箍聯(lián)接，在聯(lián)接前將絲扣用生料帶纏好，以確保其氣密性。2）封孔前必須用壓風(fēng)將孔內(nèi)水排凈，同時(shí)嚴(yán)禁巖粉渣掉入孔內(nèi)，采用水泥、水玻璃混合物注漿封孔，套管前端處焊有擋板（直徑小于孔徑10mm，厚度4mm），擋板后加一塊直徑大于孔徑10mm、厚度為5mm的密封膠墊，膠墊后加一相同直徑的擋板并與前一擋板用螺拴（N5、4個(gè)）固定夾緊膠墊。對(duì)所采水泥砂漿要有防淋水設(shè)施，以確保封孔質(zhì)量。3）施工時(shí)應(yīng)注意保護(hù)好鋼管，以防其彎曲、折斷或絲扣變形等。4）導(dǎo)氣管采用水泥砂漿直接封孔至孔口，封孔時(shí)應(yīng)先固定導(dǎo)氣管，以防其掉入孔中；為防止導(dǎo)氣管發(fā)生前端堵塞現(xiàn)象，必須在導(dǎo)

10、氣管前端管壁上打1m長(zhǎng)對(duì)穿篩孔(孔間距100mm)。5）待水泥砂漿凝固后，在每個(gè)導(dǎo)氣管上安上壓力表（4Mpa）測(cè)壓，測(cè)壓前如對(duì)測(cè)壓鉆孔進(jìn)行充氮?dú)饧訅?，充氮?dú)獾膲毫?.7Mpa。6）詳細(xì)記錄壓力上升與時(shí)間的關(guān)系，直到壓力穩(wěn)定為止。穩(wěn)定后的壓力即為煤層瓦斯壓力。測(cè)壓鉆孔封孔結(jié)構(gòu)見圖。4.實(shí)測(cè)瓦斯壓力埋設(shè)測(cè)壓管后,經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè),第一天4和5煤層的瓦斯壓力分別為0.7MPa和1.7MPa(兩測(cè)孔平均值),7天分別后達(dá)到最高值2.6MPa和3.1MPa,觀察一天后,瓦斯壓力持續(xù)不變.其間變化如下: 瓦斯壓力變化統(tǒng)計(jì)表 (單位:兆帕)第1天第2天第3天第4天第5天第6天第7天4煤層0.70.91.51.92

11、.12.42.65煤層1.72.12.42.62.82.93.1由測(cè)壓結(jié)果來(lái)看,4和5煤層瓦斯壓力已經(jīng)大大高于煤礦安全規(guī)程中對(duì)突出煤層壓力0.74MPa的界定標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)此結(jié)果,按照預(yù)訂的揭煤方案,對(duì)煤層進(jìn)行工作面預(yù)注漿作為防突措施,并對(duì)效果進(jìn)行檢驗(yàn).（三）工作面預(yù)注漿施工方法采取工作面預(yù)注漿防突措施，即沿井壁最外圈施工一圈注漿鉆孔，用注漿泵對(duì)4和5煤層注入水泥漿和水玻璃，用以加固煤體，封堵瓦斯通道,從而達(dá)到防突的目的。1.注漿(1) 注漿段高的確定: 注漿起始位置在距4號(hào)煤層頂板10m，終孔位置應(yīng)超出5號(hào)煤層底板5m，段高25m。(2) 注漿壓力終壓的確定:注漿的終壓按照瓦斯測(cè)壓情況,注漿終壓

12、取瓦斯壓力的3-5倍。漿液擴(kuò)散半徑達(dá)到井筒荒徑以外68m。(3) 漿液：采用水泥單液漿和水泥-水玻璃雙液漿交替進(jìn)行。施工中每段注漿前應(yīng)對(duì)瓦斯檢查孔測(cè)量瓦斯壓力，根據(jù)實(shí)測(cè)壓力及時(shí)調(diào)整注漿終壓。(4)注漿孔布置注漿孔數(shù)的確定按公式N=（D-2A）/L式中：D為井筒凈徑，取D=7m，鉆孔終孔圈徑13.8m；A為孔口距井筒凈徑距離，A=0.5m；L為孔間距，取L=1.5m，終孔間距5m。經(jīng)計(jì)算得N12（個(gè)）。注漿孔的徑向傾角按公式 =tg-1（S+A）/H確定式中：為鉆孔徑向傾角；S為終孔超出井筒凈徑的距離，S=4 m；A為鉆孔距井筒凈徑距離，A=0.5m；經(jīng)計(jì)算鉆孔徑向傾角分別為6。漿液注入量計(jì)算：

13、Q=aVn其中：V-需要固結(jié)或充填的體積 m3 n-孔隙率,取3% a-注漿損失系數(shù)，取1.5Q=aVn=1.5（1212-44）3.14250.03=452 m3 單、雙液漿比例取1：0.5。注漿孔布置及漿液帷幕預(yù)計(jì)交圈圖見圖3-3。 注漿孔布置及漿液帷幕預(yù)計(jì)交圈圖(5) 止?jié){墊止?jié){墊選用C30素混凝土,厚度2m。在鉆孔開鉆前對(duì)混凝土止?jié){墊及其下的巖柱進(jìn)行注漿加固，使其能夠達(dá)到注漿施工要求。打鉆注漿設(shè)備：打鉆采用QK-100型潛孔鉆機(jī)。注漿采ZJB-60/210雙液注漿泵。（6）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)注漿壓力緩慢上升，吸漿量逐漸減少，一直達(dá)到設(shè)計(jì)終壓。（四）瓦斯排放因4#煤、5#煤有突出危險(xiǎn)性，瓦斯

14、含量高，壓力大；為達(dá)到快速卸壓效果，縮短揭煤工期，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，決定采取瓦斯排放防突措施，排放工序如下:1排放鉆孔施工根據(jù)防治煤瓦斯突出細(xì)則要求，設(shè)計(jì)施工4圈共52個(gè)卸壓排放鉆孔，排放孔直徑94mm，終孔位置控制到井筒輪廓線外6.2m，鉆孔孔底間距3.0m，所有鉆孔穿過(guò)煤層底板不小于0.5m。排放鉆孔布置圖見圖3-5。 排放鉆孔布置圖2防突措施效果檢驗(yàn)開始施工瓦斯排放孔后,隨著孔數(shù)的增多,瓦斯壓力開始出現(xiàn)明顯下降,由最高值時(shí)的3.1MPa和2.6MPa,逐步下降至0.3MPa和0.05MPa。瓦斯壓力變化如圖所示.觀察兩天,待壓力穩(wěn)定后，進(jìn)行防突措施效果檢驗(yàn):用TXU200A鉆機(jī)分別對(duì)4#煤、

15、5#煤打效果檢驗(yàn)孔，測(cè)定煤層殘余瓦斯壓力值，經(jīng)效果檢驗(yàn)壓力指標(biāo)與原測(cè)壓孔數(shù)值基本相符,在臨界值內(nèi)，采取防突措施有效.根據(jù)原定施工方案,決定采用放震動(dòng)炮揭穿煤層.四、震動(dòng)放炮揭穿煤層 （一）施工方案1采用國(guó)產(chǎn)SJZ-6.7型傘鉆，6部YGZ70型鑿巖機(jī)，配55mm的鉆頭打眼，鉆進(jìn)前確定鉆進(jìn)距離，保證距煤層的保護(hù)巖柱不小于2m。2當(dāng)工作面掘進(jìn)到距煤層頂板2m時(shí)，采用震動(dòng)放炮揭穿煤層，在揭透4#煤層后，再掘進(jìn)（保持與5#煤層巖柱厚度大于2m），重新打孔采用放震動(dòng)炮揭穿5#煤層。 （二）爆破參數(shù)及炮眼布置圖 爆破參數(shù)表項(xiàng)目圈 別1234567合計(jì)眼數(shù)（個(gè)）10152025313763201圈徑（mm）

16、1800280038004800580070008000角度（）90909090909085眼深（mm）1800400018004000180040001800眼距（mm）556582594602583590400裝藥量（kg/眼）0.92.40.92.40.92.40.7283.8起爆順序聯(lián)線方式串 并 聯(lián)每眼雷管數(shù)1212121 炮眼布置圖六、過(guò)煤層支護(hù)1臨時(shí)支護(hù)范圍從4#煤層保護(hù)巖柱1m起至5#煤層底板1m處，累計(jì)深度24.5m。2臨時(shí)支護(hù)步驟震動(dòng)放炮揭開煤層后，應(yīng)及時(shí)并加強(qiáng)支護(hù)。盡量使煤層減少暴露時(shí)間，避免延期突出的危險(xiǎn)以及因煤質(zhì)軟造成塌幫.采用22a槽鋼加工與井徑相對(duì)應(yīng)的井圈，井圈內(nèi)

17、徑4000mm，井圈架設(shè)間距700mm一道。架井圈時(shí)，第一道井圈架在4#煤層最高處向上1m的頂板巖層中，每道井圈共由6段L=4200的22a槽鋼組成，架第一道井圈要使用鋼軌橛子托住井圈，每段井圈安設(shè)3個(gè)鋼軌橛子，固定后開始架設(shè)井圈，架設(shè)兩架時(shí)，在井圈與井壁間鋪設(shè)6鋼筋網(wǎng)片，然后用槽鋼（8 L=1000mm花背），間距350mm，壓實(shí)鐵絲網(wǎng)，并采用木楔（厚度60mm，寬度50mm）楔實(shí)，保證與井壁密實(shí)牢靠；對(duì)超挖井幫，鋼筋網(wǎng)片后充填笆片背實(shí)，除第一架井圈外，井圈之間用自制S型鋼筋鉤子（22mm鋼筋加工）連接，掘進(jìn)夠一個(gè)段高3.6m后，立即落鑿井模板進(jìn)行砌壁。與下一段高連接的S型鋼筋鉤子提前預(yù)埋在

18、刃角里（外露長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況而定）。再循環(huán)掛網(wǎng)、架井圈臨時(shí)支護(hù)，臨時(shí)支護(hù)通過(guò)5#煤層并進(jìn)入5#煤層底板下1.0m后，停用井圈臨時(shí)支護(hù)。3施工步驟（1）首先找凈井幫活石危矸，在安裝第一架井圈處用風(fēng)錘打橛子眼，安裝第一架井圈，每間隔1400mm距離打一個(gè)眼，眼深和橛子埋深不小于1.2m（打眼水平度技術(shù)人員要控制好）。（2）在打好的眼內(nèi)安裝鋼軌橛子。（3）下放井圈，安裝固定好第一架井圈后，再采用特制的S型掛鉤掛在第一架井圈上，架設(shè)固定第二道井圈，依次再架井圈。（4）架完兩道井圈后，在井圈與井壁之間，要先鋪設(shè)6mm鋼筋網(wǎng)片，再用槽鋼背板壓實(shí)，對(duì)超挖井幫，鋼筋網(wǎng)片后充填笆片背實(shí)，要最大限度挪動(dòng)井圈擠實(shí)背板，最后采用木楔楔實(shí)井圈與槽鋼。（5）掘進(jìn)和臨時(shí)支護(hù)夠3.6m段高后，落模板砌壁。（6）在先前預(yù)埋好的鋼筋鉤子上掛井圈，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)段高，直至通過(guò)5#煤層并進(jìn)入5#煤層底板1.0m處。本次揭煤工作歷時(shí)一個(gè)月,安全、順利通過(guò)4#煤、5#煤層,比預(yù)計(jì)揭煤時(shí)間縮短兩個(gè)月.結(jié)束語(yǔ):通過(guò)本次在沙曲煤礦南翼風(fēng)井使用工作面預(yù)注漿法作為瓦斯防突措施,揭露有突出危險(xiǎn)的煤層,經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)取得了良好的效果和經(jīng)濟(jì)效益,為今后施工類似礦井提供了重要的施工經(jīng)驗(yàn)