金佳矿石门快速揭煤技术研究_胡东亮.pdf

202311技术应用与研究125Modern Chemical Research当代化工研究金佳矿石门快速揭煤技术研究胡东亮（贵州盘江精煤股份有限公司 贵州 553533）摘要：为有效、精准抽采待揭煤层区域瓦斯，精准消突并缩短揭煤全过程的时间，提升揭煤效率，本文针对金佳矿揭煤区域实施的抽采钻孔抽采瓦斯过程中，揭煤区域以外的瓦斯涌入而造成瓦斯含量大、揭煤周期长问题，采用了注浆封闭揭煤区域后再施工抽采钻孔及注浆固化煤层顶板的方式，对石门快速揭煤技术做出了研究。通过对设计效果对比分析得出：与传统工艺揭煤的122运输石门揭过18#煤层相比，工作面达到消突目的，顶板得到有效控制，揭煤周期缩短了60.8%，减少钻孔施工3869m，经济节约772.0万元。该技术提高了抽采效率，缩短了石门揭煤周期，达到安全高效快速揭煤，是金佳矿面对高瓦斯强突煤层防突治理技术的重大突破。关键词：防突；石门；注浆；快速揭煤中图分类号：TD 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.11.038Research on Rapid Rock Cross-cut Coal in Jinjia MineHu Dongliang(Guizhou Panjiang Clean Coal Co.,Ltd.,Guizhou,553533)Abstract：In order to effectively and accurately extract the gas in the coal seam area to be uncovered,accurately eliminate the outburst and shorten the time of the whole process of uncovering coal,and improve the efficiency of uncovering coal,this paper aims at the problem of gas influx out-side the uncovering coal area in the process of gas extraction by extraction boreholes in the uncovering coal area of Jinjia Mine.The method of con-structing extraction boreholes and grouting to solidify coal seam roof after grouting to close the uncovering coal area was adopted,and the rapid uncov-ering coal technology in crosscut was studied.Through the comparative analysis of the design effect,it is concluded that compared with the traditional process of coal uncovering 122 transport cross-cut uncovering 18#coal seam,the working face achieves the purpose of eliminating outburst,the roof is effectively controlled,the coal uncovering cycle is shortened by 60.8%,the drilling construction is reduced by 3869 m,and the economy is saved by 7.72 million yuan.This technology improves the extraction efficiency,shortens the period of rock cross-cut coal uncovering,and achieves safe,efficient and rapid coal uncovering.It is a major breakthrough in the prevention and control technology of high gas and strong outburst coal seam in Jinjia Mine.Key words：outburst prevention；gaine；grouting；rapid uncovering coal引言传统的揭煤工艺一般采取在工作面或者邻近巷道施工穿层钻孔预抽揭煤区域煤层瓦斯，实施过程中常发现抽采量远远大于控制区域煤层瓦斯储量，取芯测定残余瓦斯含量仍然超标。目前，国内众多学者对快速揭煤相关技术进行了研究。郭泽波等1针对高地应力、高瓦斯压力及高瓦斯含量的问题，本项目拟在此基础上，采用大口径、高密度的预抽水钻孔，并采用延孔沉渣、吹孔等技术。龙声德等2针对近倾角煤层群“石门”揭煤周期长、频率高的难题，本项目提出了“近倾角煤层群抽采、快速揭煤”新工艺。许朋德等3本文在对石门煤矿开采过程中煤与瓦斯突出产生的机理和“瓶塞效应”进行分析的基础上，提出了一种纵向、横向、多层次的综合防治方法。王军华等4对突出煤层石门揭煤超前注浆加固技术进行了研究。赖仰林5结合化乐煤矿的实际情况，提出了渐进式快速石门揭煤技术。邓华易等6提出了隧道大断面揭煤时采用超高压水力钻割增透技术措施。金佳矿揭18#煤层施工的穿层钻孔抽采瓦斯时间长达23个月，但抽采量是揭煤区域煤层原始瓦斯含量的两倍以上。原因是揭煤区域实施的抽采钻孔抽采瓦斯过程中，揭煤区域以外的瓦斯源源不断的涌入，致使石门掘进进度缓慢，制约金佳矿高质量发展，亟待探索研究一种能精准抽采待揭煤控制区域煤层瓦斯消突和快速揭煤的技术方法。本文以金佳矿为例，采用注浆封闭揭煤区域后再施工抽采钻孔及注浆固化煤层顶板的方式进行有效、精准抽采待揭煤层区域瓦斯，精准消突并缩短揭煤全过程的时间，提升揭煤效率。1.工程概况131运输石门为佳一井区准备巷道，设计从131运输石门甩车场开口，设计长度598m，按方位307，坡度3往前掘进，已施工112m，剩余486m，设计中高3.7m，下宽5.0m，工作面掘进至18#煤层底板法向7.1m，前方将揭露18#煤层。经鉴定，7号煤层为煤与瓦斯突出煤层，1号、3号、9号、12号、22号煤层具有煤与瓦斯突出危险性。131运输石门揭18#煤层底板法向7.1m，下伏无工程，上覆无工程，处于原始应力区掘进。煤层厚度 5.06.0m，平均5.5m，揭煤区域遇见褶曲，煤层变缓，倾角为15，煤层结构复杂，粉末状，局部呈块202311技术应用与研究126Modern Chemical Research当代化工研究状，夹矸13层，夹矸为高岭质泥岩-泥质细砂岩，煤层赋存较稳定。根据131运输石门迎头施工前探钻孔期间采取现场取芯测定揭煤区域进行瓦斯含量测定，测18#煤层原始瓦斯含量为16.4594m3/t。2.快速揭煤技术为了实现对待揭煤工作面的高效、精确地抽采，实现精确地消突，减少揭煤全过程所需的时间，提高揭煤效率，必须在待揭煤工作面控制区外的一定距离上钻取钻孔，然后在煤体与顶底裂缝之间灌注一种物质，以填充、加强煤体与顶底裂缝之间的距离，从而形成一条相对隔离的地带，防止周边煤体中的瓦斯向抽采区输送。注浆设备采用2ZBYSB（4.81.4）/（028）-18.5 型注浆泵对注浆钻孔进行注浆，注浆压力可达18MPa。如图1所示。注浆材料选用DJ-WJF-1型无机加固封堵材料，它的特点是：具有良好的流动性、微膨胀性、高强、操作简便、纯无机。图1 2ZBYSB（4.81.4）/（028）-18.5型煤矿用液压注浆泵在工作面距待揭煤层底板法向7m前，布置注浆钻孔将揭煤区域封闭隔离后，再在封闭区域（揭煤区域）内施工穿层抽采瓦斯钻孔，精准抽采揭煤控制区域瓦斯。抽采消突达标经公司验收同意后进行揭煤，石门在施工至待揭煤层底板法向2m时布置注浆钻孔对待揭煤层巷道轮廓线进行加固，石门揭煤期间采用全断面喷浆、施工注浆锚索、U型棚支护，过煤门期间在巷道顶部上方施工超前锚杆加固巷道顶板。3.揭煤方案设计(1)注浆封闭隔离钻孔设计131运输石门在工作面距18#煤层底板法向7.1m时，在工作面两帮各施工一个5m5m（宽度深度）的钻场，在钻场和迎头沿着揭煤区域边沿施工注浆钻孔，将揭煤区域封闭隔离，共施工16个孔，控制巷道轮廓线外两帮16m，沿煤层倾向上下各16m，详见图2。(2)抽采钻孔设计注浆钻孔施工结束后在封闭范围内施工抽采钻孔，设计65个孔，控制揭煤区域巷道轮廓线两帮15m，沿煤层面上下各15m，抽采半径5m，采用“全程下套管（DN50PVC管），两堵一注，带压注浆”的封孔工艺，封孔深度不小于5m，“单孔单连”连接抽采，保证抽采质量，详见图3。图2 131运输石门揭18#煤层注浆封闭隔离钻孔设计剖面图图3 131运输石门揭18#煤层区域防突措施钻孔设计剖面图(3)注浆固化钻孔设计图4 131运输石门揭18#煤层注浆固化钻孔设计剖面图工作面掘进至18#煤层底板法向2m时，在迎头沿揭煤区域巷道轮廓线顶底板和两帮施工注浆钻孔增加煤202311技术应用与研究127Modern Chemical Research当代化工研究体的强度，设计23个孔，分别控制巷道轮廓线左右各5m，沿煤层倾向上下各5m，详见图4。4.实施效果(1)钻孔工程量对比分析采用传统的穿层钻孔预抽石门揭煤区域防突措施钻孔工程量8582m，采用注浆钻孔封闭隔离抽采瓦斯揭煤工艺的131运输石门揭18#煤层采用注浆钻孔封闭隔离抽采瓦斯揭煤工艺瓦斯抽采钻孔仅施工5987m，减少钻孔施工3869m。(2)揭煤周期对比分析与传统的穿层钻孔预抽石门揭煤区域防突措施相比，传统的防突穿层钻孔从施工到揭露煤层一般23个月，而采用注浆钻孔封闭隔离抽采瓦斯消突工艺，131运输石门从注浆钻孔的施工到揭过18#煤层历时9个月，与传统工艺揭煤的122运输石门揭过18#煤层（23个月）相比，揭煤周期缩短了14个月，缩短了60.8%。(3)注浆效果对比分析在注浆材料的试验过程中尝试了美固364、普通水泥、水泥砂浆进行注浆封孔和固化，效果皆不甚理想。以往采用美固364加固材料小循环进行注浆，共计消耗注浆材料30余吨，消耗资金100余万元，且效果不明显，仍然发生漏冒事故，顶板没有得到有效解决；采用水泥砂浆进行固化顶板，揭煤期间因片帮造成了瓦斯超限，且顶板破碎，问题尚没有得到有效解决；采用DJ-WJF-1型无机加固封堵材料，在揭煤期间，煤层和顶板结构完整，未发生顶板漏冒和片帮，顶板得到有效控制。(4)瓦斯抽采对比分析131运输石门从2021年7月22日开始到2021年12月26日结束，揭煤区域18#煤层原始瓦斯含量16.4594m3/t，瓦斯赋存量350368m3，历时5个月共抽采了261886.02m3，抽采率为74.75%，最大残余瓦斯含量5.4362m3/t，最大残余瓦斯压力0.365MPa。工作面达到消突目的。(5)经济效益对比分析传统揭煤工艺需历时23个月，投入费用包含局部通风机电力费用、瓦斯泵运行电力费用和人工管理费用合计1062.4万元，131运输石门采用注浆钻孔封闭隔离抽采瓦斯揭煤工艺于2021年7月份开始施工揭煤区域防突措施钻孔，于2022年4月份顺利接过18#煤层，历时9个月，在传统工艺上新增注浆封闭隔离工艺，经济投入含钻孔施工、注浆设备、注浆材料和人工管理费用290.4万元，经济节约772.0万元。(6)完全性对比分析金佳矿采用传统揭煤工艺的石门揭煤工作面在揭煤过程中，瓦斯涌出量会瞬间增大或者K1值超标，不得不采取措施补充消突，增加揭煤周期。采用本工艺技术的揭煤工作面，回风流瓦斯未出现明显涨幅，131运输石门揭18#煤层期间回风流瓦斯基本稳定在0.05%0.12%之间。波动幅度在0.04%以下，工作面揭煤期间区域验证K1值在0.10.22之间，未出现超标。131运输石门揭煤掘进期间距18#煤层法向7.1m和法向2m时采用无机加固封堵材料进行封闭及固化，距18#煤层法向7m开始采用注浆锚索、全断面喷浆、U型棚支护，距18#煤层法向2m时施工超前锚杆，掘进过程中顶板的到有效控制，未发生顶板漏冒，达到了安全高效快速揭煤的目的。5.结论（1）采用DJ-WJF-1型无机加固封堵材料，在揭煤期间，煤层和顶板结构完整，顶板得到有效控制。（2）采用注浆封闭揭煤区域后再施工抽采钻孔及注浆固化煤层顶板能确保石门安全高效揭煤。（3）在揭煤眼的工程量、抽采周期以及安全等几个方面，该揭煤眼的技术工艺都获得了成功，大大缩短了揭煤眼的时间，缓解了采掘空间的紧张状况，保证了矿井的安全生产和可持续发展。【参考文献】1郭泽波,白军军,刘帅强.突出煤层立井快速安全揭煤防突技术实践J.能源技术与管理,2022,47(05):56-59.2龙声德,段勇信,罗飞.近距离倾斜煤层群连续抽采快速揭煤技术J.矿业工程研究,2022,37(04):30-34.3许朋德,万恒州.石门揭煤立体综合防突技术研究J.采矿技术,2022,22(05):129-131+145.4王军华.突出煤层石门揭煤超前注浆加固技术研究J.煤炭与化工,2022,45(05):28-30.5赖仰林.化乐煤矿突出煤层渐进式快速石门揭煤技术研究D.中国矿业大学,2014.6邓华易.超高压水力割缝增透技术在隧道大断面快速揭煤中应用研究J.煤炭技术,2022,41(09):118-120.【作者简介】胡东亮（1985-），男，贵州毕节人，硕士，高级工程师，研究方向：矿山压力与岩层控制。