采用工作面预注浆通过高突煤层施工方案

包国兰

摘要院本文介绍了在瓦斯压力高达3.1兆帕的高突矿井施工中首次采用工作面预注浆法作为防突措施，对井筒周围煤层中瓦斯通道进行封闭，顺利通过突出煤层的作业方案，在施工中取得了较好的效果。应用该项技术，在沙曲煤矿南风井立井揭煤施工中取得了安全快速、经济高效的效果。

Abstract:Thispaperintroducesthefirstapplicationofworkingfacepregroutingmethodasthepreventionmeasureinthehighoutburstminewherethegaspressureisupto3.1MPa.Thegaschannelsinthecoalseamaroundthewellboreareclosed,andsmoothlygettingthroughtheoutburstcoalseam.Goodresultshavebeenachievedintheconstruction.TheapplicationofthistechnologyinShaqucoalminesouthwindwellverticalshaftcoaluncoveringhasobtainedsafe,rapid,economicandefficientresults.

关键词院工作面预注浆法；高突煤层；施工方案Keywords:workingfacepregroutingmethod；highoutburstcoalseam；constructionscheme中图分类号院TD265文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）19-0114-021

概况

1.1矿井概况沙曲矿南翼进风立井由中煤一建四十九处承建，井筒设计深度680.0m，净直径7.0m，采用普通法施工。根据山西省西山煤矿总公司地质处绘制的沙曲矿南翼风井检查孔柱状图和井筒实际揭露地层情况，进风井井筒将在累深622.99m、631.17m处依次揭露4裕、5裕煤层，厚度分别为2.27m、2.39m。相邻的北翼风井在通过4,5号煤层时，经煤炭科学研究总院抚顺分院实测，4裕、5裕煤层瓦斯压力最高达到2.5MPa，为有突出危险的煤层。

1.2地质情况及煤层位置淤井筒依次穿过第四系、新第三系、二叠系、石炭系太原组。于煤层。根据地质资料，4裕煤位于井筒深度622.99m，煤厚2.27m，亮煤为主，沥青光泽；5裕煤位于井筒深度631.17m，煤厚2.39m，半暗型，夹亮条带，光泽暗淡，内生节理发育。相邻的北翼风井在通过该煤层时曾对压力进行检测，瓦斯压力在2.5MPa左右。通过打抽放孔进行瓦斯抽放，两个半月后，压力始终保持在0.9MPa左右。

2揭煤程序

2.1施工方案的确定因4#和5#煤层为突出煤层，且瓦斯含量高、压力大。如何安全快速通过此煤层，处总工组织技术人员多方搜集资料，反复论证各种施工方案。传统方法是采用安设瓦斯抽放泵进行抽排瓦斯，作为防突措施，但采用该措施存在以下缺点：瓦斯排放时间长，工序复杂，工期无法确定，人员窝工严重。根据沙曲矿生产资料和防突管理要求，结合以往在两淮地区施工高瓦斯矿井经验，经研究讨论，决定采用“注、堵、排”法作为防突措施。具体方法是：在距离煤层5米时停止掘进，浇筑混凝土止浆垫，沿井圈位置打孔注浆，对煤层的瓦斯通道进行封闭，之后在井筒范围内施工瓦斯排放孔，对瓦斯进行排放，待压力排放至允许范围内，采取放震动炮的方法，揭穿煤层。为保证南翼风井安全顺利揭煤，中煤四十九处与煤炭科学研究总院抚顺分院签订协议，要求对煤层进行打钻并准确测定瓦斯压力，以便确定采取防突措施后进行效果检验。

2.2工期预计工期：三个月。

3施工过程

3.1钻孔探煤接近煤层时，对煤层进行超前打钻探煤。

3.2煤层瓦斯压力测定

3.2.1测定内容探明煤层位置后，在距4#煤层顶板法距10m处对4#和5#煤层各施工2个测试钻孔，进行煤层瓦斯压力测定，以便掌握煤层瓦斯压力情况。以及采取防突措施后，能更好的观察煤层瓦斯压力卸压情况。

3.2.2钻孔施工淤施工至预计井深时，停止工作面掘进，将已掘井筒进行永久支护。完成支护后，清理找平迎头岩面，然后铺上500mm厚的标号为C30的混凝土，待混凝土完全凝固后（凝固时间控制16h以上），由工程测量技术人员现场圈定测试孔开孔位置。于4个测试孔开孔位置距井筒中心均为2m，对称井筒中心线垂直间隔布置，按铅垂方向施工。其中测试孔1和测试孔2穿过4#煤层的底板0.5m，测试孔3和测试孔4穿过5#煤层底板0.5m。测试孔布置见图。

3.2.3现场测试淤测试钻孔施工完毕后，在孔中插入带有压力表接头的椎12.5mm镀锌管制做的导气管，4#煤导气管长度12m，5#煤层导气管长度19m。其中导气管节长2m，中间用管箍联接，在联接前将丝扣用生料带缠好，以确保其气密性。于封孔前必须用压风将孔内水排净，同时严禁岩粉渣掉入孔内，采用水泥、水玻璃混合物注浆封孔，套管前端处焊有挡板（直径小于孔径10mm，厚度4mm），挡板后加一块直径大于孔径10mm、厚度为5mm的密封胶垫，胶垫后加一相同直径的挡板并与前一挡板用螺拴（N5、4个）固定夹紧胶垫。对所采水泥砂浆要有防淋水设施，以确保封孔质量。盂施工时应注意保护好钢管，以防其弯曲、折断或丝扣变形等。榆导气管采用水泥砂浆直接封孔至孔口，封孔时应先固定导气管，以防其掉入孔中；为防止导气管发生前端堵塞现象，必须在导气管前端管壁上打1m长对穿筛孔（孔间距100mm）。虞待水泥砂浆凝固后，在每个导气管上安上压力表（4MPa）测压，测压前如对测压钻孔进行充氮气加压，充氮气的压力为0.7MPa。

3.2.4实测瓦斯压力埋设测压管后，经过实测，第一天4裕和5裕煤层的瓦斯压力分别为0.7MPa和1.7MPa（两测孔平均值），7天分别后达到最高值2.6MPa和3.1MPa，观察一天后，瓦斯压力持续不变。其间变化如表2所示。

由测压结果来看，4裕和5裕煤层瓦斯压力已经大大高于《煤矿安全规程》中对突出煤层压力0.74MPa的界定标准。根据此结果，按照预订的揭煤方案，对煤层进行工作面预注浆作为防突措施，并对效果进行检验。

3.3瓦斯排放因4#煤、5#煤有突出危险性，瓦斯含量高，压力大；为达到快速卸压效果，缩短揭煤工期，针对现场实际，决定采取瓦斯排放防突措施，排放工序如下：淤排放钻孔施工。根据《防治煤瓦斯突出细则》要求，设计施工4圈共52个卸压排放钻孔，排放孔直径94mm，终孔位置控制到井筒轮廓线外6.2m，钻孔孔底间距3.0m，所有钻孔穿过煤层底板不小于0.5m。于防突措施效果检验。开始施工瓦斯排放孔后，随着孔数的增多，瓦斯压力开始出现明显下降，由最高值时的3.1MPa和2.6MPa，逐步下降至0.3MPa和0.05MPa。

观察两天，待压力稳定后，进行防突措施效果检验：用TXU—200A钻机分别对4#煤、5#煤打效果检验孔，测定煤层残余瓦斯压力值，经效果检验压力指标与原测压孔数值基本相符，在临界值内，采取防突措施有效。根据原定施工方案，决定采用放震动炮揭穿煤层。

4震动放炮揭穿煤层施工方案：淤采用国产SJZ-6.7型伞钻，6部YGZ70型凿岩机，配椎55mm的钻头打眼，钻进前确定钻进距离，保证距煤层的保护岩柱不小于2m。于当工作面掘进到距煤层顶板2m时，采用震动放炮揭穿煤层，在揭透4#煤层后，再掘进（保持与5#煤层岩柱厚度大于2m），重新打孔采用放震动炮揭穿5#煤层。

5过煤层支护淤临时支护范围。从4#煤层保护岩柱1m起至5#煤层底板1m处，累计深度24.5m。于临时支护步骤。震动放炮揭开煤层后，应及时并加强支护。再循环挂网、架井圈临时支护，临时支护通过5#煤层并进入5#煤层底板下1.0m后，停用井圈临时支护。本次揭煤工作历时一个月，安全、顺利通过4#煤、5#煤层，比预计揭煤时间缩短两个月。

6结束语通过本次在沙曲煤矿南翼风井使用工作面预注浆法作为瓦斯防突措施，揭露有突出危险的煤层，经实践检验取得了良好的效果和经济效益，为今后施工类似矿井提供了重要的施工经验与设计依据。原定三个月的工期，实际用时一个月，且节省了抽排设备，并且，安全性得到大大提高。但是，实际施工中也存在一些问题值得讨论，例如：注浆后放炮掘进会不会对已形成的注浆帷幕造成破坏？应如何选用合理的爆破参数？注浆交圈帷幕需要达到何种程度对瓦斯才能形成有效的隔离，这些问题的研究，将为高突矿井的防突工作提供更科学的依据。

参考文献院[1]沈季良，崔云龙，王介峰主编.建井工程手册[M].北京:煤炭工业出版社,1986.[2]周兴旺，张川主编.注浆堵水加固技术及其应用[M].北京:煤炭工业出版社,1998.[3]谭奉云.帷幕注浆阻水在寺河煤矿潘庄进风立井的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊)，2012(01