中煤矿山建设集团有限责任公司 合肥 230000
摘要：园子沟煤矿回风立井采用“三步法”竖井安全揭穿煤层技术，通过施工前探钻孔、防突测定、防突处理、通风及瓦斯管理，顺利揭穿2-1、2号层煤，2-1、2号煤层位于延安组第二段。为顺利揭穿煤层，为井筒安全快速揭过突出煤层起到重要的作用。
关键词：立井施工；揭煤；防突技术
引言
园子沟煤矿位于陕西省麟游县境内两亭镇崖窑村，井田东西长12.22～0.4km，南北长5.31～3.2km，面积241.54km2。园子沟煤矿回风立井深度590.150m，净直径7.50m。回风立井施工至525.04m将揭露2-1、2号层煤，2-1、2号煤层位于延安组第二段。为顺利揭穿煤层，采用“三步法”竖井安全揭穿煤层技术。
1、防突技术
“三步法”竖井安全揭穿煤层技术：即距煤层法距10—15m超前探测；距煤层法距5m突出指标预测、施工排放钻孔、效果检验；距煤层法距1．5～2m远距离爆破揭穿煤层。
首先，在井筒施工至煤层法距10m时，即井深515.04m，准确探明井筒工作面和煤层的相对位置，掌握煤层赋存条件、地质构造等基本情况。用来预测煤层突出危险性和取煤样进行突出指标的测定。
其次，当井筒施工至距煤层法距5m之外时，即520.04m位置，打2个穿透2-1、2号煤层全厚的钻孔（至少穿底板0.5米），测定煤瓦斯突出指标。根据煤与瓦斯突出危险性预测、钻孔突出预兆观测、实验室参数测定等方法预测煤层的突出危险性。
当井筒揭煤预测有突出危险性时，在工作面距煤层法线距离5m处，即井深520.04m采取打超前排放钻孔措施，排放煤层瓦斯。并根据煤层的瓦斯情况，确定合理的排放钻孔布置参数和排放时间。当钻孔排放瓦斯达到预计时间后（根据实际瓦斯压力，单位涌出量，释放后的压力小于0.74Mpa计算），采用残余瓦斯压力预测的方法进行效果检验。如果措施有效，则在采取安全防护措施的情况下，进行远距离爆破揭煤施工。如果防突措施没有达到预期效果，则应增加瓦斯排放钻孔继续排放，达到瓦斯防治的效果后再进行揭煤。
然后，远距离爆破揭穿2-1煤层，再分段继续揭穿2号煤层。
园子沟矿井回风立井采用钻探、分析、排放瓦斯，最后全断面揭穿该煤层的施工方案，具体施工施工工艺流程如图：
图1 回风立井揭穿2-1、2号煤层工艺流程
2、具体实施
2.1前探钻孔
在回风立井井筒掘进至2-1煤层顶板垂距10m之前，（在地质构造复杂、岩石破碎区域，井筒掘进工作面至20m之前）必须布置前探孔，停止井筒掘进施工。回风立井井筒深515.04m处分别施工4个前探钻孔，2-1煤层和2号煤层各2个。其中2号煤层的前探孔封孔深度必须进入2-1号煤层。
前探孔揭露2-1，2号煤层点布置在井筒荒断面（掘进断面）轮廓线外5m以外范围处，钻孔垂深22.7m（前探钻孔参数根据岩层赋存特征进行施工设计），
表1 超前钻孔参数
2.2测压钻孔布置、封孔
前探孔施工完毕后，前探孔1#、2#、3#、4#孔兼作测压钻孔，用水泥等封孔材料充填封实，防止漏气。用压风及扫孔器清除孔内杂物，然后将测压装置缓慢地由外向内放入测压孔内，使筛管定位于煤层内，挡板位于煤岩分界处。
测压钻孔内插入尾端带有压力表接头的1/2″镀锌钢管，为缩短测压时间，测压室长度与煤层厚度吻合，测压管总长度要进入煤层内，1/2″镀锌钢管在孔口外端安设阀门。为保证其气密性，管接头部分采用密封胶带缠绕。测压室管段焊有直径略小于钻孔直径1～2mm厚的挡板，安装时测压管端头用细铜纱网包裹，以防煤屑及杂物进入堵塞管路。为防止封孔料进入孔底，待测压管安装至孔内煤层位置后，先向孔内注入聚氨酯，其容量控制在钻孔深度1m左右。之后再向孔内注入封孔材料（采用P.042.5普通硅酸盐水泥，水泥砂浆比1：1），经充分搅拌均匀成粘稠状，可直接注入孔内。
经24h水泥浆凝固后，安上压力表（采用4MPa规格），并详细记录压力上升与时间的关系，直到压力稳定为止（瓦斯压力值稳定在7天以上不再变化），稳定后的压力即为煤层瓦斯压力。
2.3防突处理
排放钻孔在距离煤层5m处岩层内布置，排放钻孔有效控制范围为井筒轮廓线外12m。钻孔一次穿透全煤层底板不小于0.5m，钻孔直径75mm，钻孔间距0.6m×0.6m，在控制面内呈辐射状均匀布孔。排放期间，采取压风扫孔等措施提高排放效果，根据排放效果合理调整排放时间。
表2 排放、检测瓦斯钻孔参数
2.4防突效果检验
效果检验根据现场具体情况，即在施工排放钻孔前，在井筒工作面施工到距煤层垂距5m岩柱处向煤层打4个压力测试孔（采用统一规格压力表）和5个钻屑瓦斯解析指标测试孔，测试孔布置在排放孔之间，且距排放孔孔口距离不小于1m。
效果检验指标：瓦斯压力小于0.74Mpa。
采用钻屑指标法对采取区域排放措施工作面进行区域验证，在井筒断面上施工五个检验钻孔，钻孔直径75mm。检验期间应当观察、记录在煤层中进行钻孔等作业时发生的喷孔、顶钻及其他突出预兆。
防突措施效果检验的工艺及指标采用相对瓦斯压力法和瓦斯钻屑解析指标，当检验的指标低于突出危险临界值，防突措施有效。否则，表明煤层突出危险尚未消除，尚需采取补救措施，如补打排放孔或增加排放时间等，直至突出危险完全消失。
当区域验证为无突出危险时，采取安全防护措施后进行作业。当井筒掘进至距煤层5m处应进行工作面措施检验，只有验证工作面无突出危险时，方可采取远距离放炮方法揭穿煤层；如经工作面验证，该煤层仍有突出危险时，或发现钻孔喷孔等动力现象则认为措施无效，必须采取补充措施，直至措施效果检验有效为止。
2.5揭煤时的通风与瓦斯管理
2.5.1 通风管理
井筒通风用两台FBDNo-7.5/2*45轴流对旋式局部通风机要采用双电源方式供风，风、电、瓦斯闭锁装置必须齐全完整。备用局部通风机为同等能力的局部通风机，并有可靠的切换装置，满足揭煤层需要。施工过程中，任何人不得随意关闭局扇，发生意外停机时，工作面人员要立即撤至安全地点。
2.5.2瓦斯管理
瓦斯检测：采用光学瓦斯检测仪和便携式电子瓦斯报警仪检测，瓦斯检测仪经校验合格后方可使用。专职瓦斯检查员负责检查瓦斯，填写报表，由当班班长签字，并汇报项目部技术负责人。当钻孔见煤后及时检查瓦斯浓度，发现瓦斯含量增大，工作面风流中瓦斯浓度达到1.0%、或其它异状时都必须撤出人员，加强通风，并汇报项目部安检站，只有在瓦斯含量在1%以下时，方可进行工作。
瓦斯浓度监控：按照规程要求，设置瓦斯传感器，传感器T1设置在距离工作面不大于5m处，在风筒出风口的另一侧，距离井壁不小于200mm，传感器T2设置在井口向下10—15m处，距离井壁不小于200mm，对工作面的瓦斯情况进行24小时不间断监测。井筒揭开煤层前，瓦斯检测设备必须要到位，并确保其正常运转，监测的参数如下：
T1传感器的报警浓度：≥0.8%CH4、断电浓度：≥0.8%CH4、复电浓度：＜0.8%CH4
T2传感器的报警浓度：≥0.8%CH4、断电浓度：≥0.8%CH4、复电浓度：＜0.8%CH4
3、结论
园子沟煤矿回风立井揭煤过程中使用了该方法，顺利揭穿2-1，2号煤层，达到了安全、快速、优质施工的预期目标。该方法的顺利实施也为其他类似工程提供了借鉴作用，为井筒安全快速揭过突出煤层起到重要的作用。
参考文献
[1]崔云龙，建井工程简明手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.
[2]陈大力，李成武1立井揭穿突出危险煤层安全技术的研究[J].煤矿安全，1999（3）.
作者简介：刘林林，男，江苏沭阳人，工程师，主要从事矿建工程施工技术管理。
论文作者:刘林林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/7
标签：煤层论文; 瓦斯论文; 钻孔论文; 井筒论文; 立井论文; 工作面论文; 措施论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;