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行業(yè)新聞

和利隆防治打鉆引起煤與瓦斯突出

作者: 時(shí)間:2019-11-15 11:50

 

  打鉆突出事故發(fā)生的例子不少,打鉆過程中出現(xiàn)的噴孔實(shí)際上就是鉆孔中出現(xiàn)的小型突出。為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢?因?yàn)椴删驁鏊嬖谕怀鑫kU(xiǎn)源,煤體內(nèi)存在高壓力的瓦斯和高的地應(yīng)力,煤層整體透氣性低,打鉆過程中鉆孔改變了原有應(yīng)力狀態(tài)和封閉條件,形成高的瓦斯壓力梯度,使得原來封閉的瓦斯向外噴出,這就是噴瓦斯。如果煤體中有松軟破碎煤層存在,由于松軟破碎煤層強(qiáng)度低,不能抵抗高的瓦斯壓力梯度,就會(huì)導(dǎo)致松軟破碎煤的突出,軟分層煤的突出改變整個(gè)煤體的應(yīng)力狀態(tài),改變了煤層透氣性,進(jìn)而引起更大規(guī)模的突出。

    軟分層的存在和煤層透氣性低都是客觀存在的,但是根據(jù)礦山壓力的理論,巷道周圍煤壁內(nèi)存在著卸壓帶、應(yīng)力集中帶、原始應(yīng)力帶。在卸壓帶由于煤壁裂隙發(fā)育,透氣性高,應(yīng)力低,沒有封閉的高壓瓦斯存在,鉆孔在卸壓帶中施工沒有發(fā)生突出的動(dòng)力條件,不會(huì)引發(fā)突出。所以,可以先在卸壓帶中施工淺鉆孔,進(jìn)一步釋放煤體深部瓦斯,使卸壓帶寬度增加,應(yīng)力高峰點(diǎn)前移。

    煤與瓦斯突出的原因主要有3條:一是存在高的地應(yīng)力,二是煤體內(nèi)存在高壓力的瓦斯,三是煤體松軟破碎、抵抗突出的阻力低。防突的基本原則也有3條:一是應(yīng)力釋放原理,二是瓦斯排放原理,三是煤體強(qiáng)度增加原理。在突出煤層中施工鉆孔,本身就是改變煤層的應(yīng)力狀態(tài),如果鉆進(jìn)速度過快,應(yīng)力狀態(tài)也會(huì)突然改變,打破原有的平衡狀態(tài),激化矛盾,這樣有利于突出的發(fā)生。

    根據(jù)這個(gè)原理,施工鉆孔時(shí),可以先施工淺鉆孔,不致引起大的應(yīng)力集中。淺鉆孔可以進(jìn)一步釋放前方煤體內(nèi)的瓦斯,降低壓力梯度,也可以使應(yīng)力高峰點(diǎn)向煤體深部延伸增加卸壓帶寬度。

    施工完淺鉆孔后,然后在淺鉆孔的基礎(chǔ)上施工深度較大的鉆孔。由于淺鉆孔的應(yīng)力釋放和瓦斯排放作用,在掘進(jìn)工作面形成了一道安全屏障,再施工深部鉆孔時(shí),由于已經(jīng)有了安全屏障,鉆孔施工時(shí)發(fā)生的噴出被限制在鉆孔內(nèi),避免大的突出發(fā)生。淺孔施工完后,如果套深孔的過程中還發(fā)生噴孔、頂鉆要立即停止鉆進(jìn),并且鉆桿不能退出,等壓力釋放后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。對于突出非常嚴(yán)重的煤層,淺鉆孔可以分多次完成,先打完第一遍,再打第二遍,這就是“循環(huán)淺進(jìn),逐步深入”,或者叫做“先淺孔后深孔原則”。

    淺的標(biāo)準(zhǔn)是鉆進(jìn)過程中不出現(xiàn)噴孔、頂鉆。各礦煤層條件不一樣,地應(yīng)力大小不一樣,構(gòu)造也不盡相同,所以淺孔的標(biāo)準(zhǔn)要根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出,但以鉆進(jìn)過程中不噴孔為原則。比如某礦施工抽放鉆孔,鉆孔深度在20 m以內(nèi)時(shí),不噴孔、不頂鉆,超過20 m時(shí),鉆進(jìn)難度大,出現(xiàn)卡鉆、頂鉆,甚至噴孔,那么,淺孔的標(biāo)準(zhǔn)就是不超過20 m。

    具體做法可以舉例說明如下。比如一個(gè)煤巷掘進(jìn)工作面設(shè)計(jì)20個(gè)抽放鉆孔,按先淺孔后深孔的原則應(yīng)先用風(fēng)煤鉆打完20個(gè)淺孔,然后再改用液壓鉆機(jī)在淺孔的基礎(chǔ)上套打深孔。這20個(gè)淺鉆孔打完需要一定時(shí)間,在打這些淺孔的過程中,淺孔范圍內(nèi)的瓦斯會(huì)釋放,而且由于鉆孔的作用,地應(yīng)力也會(huì)降低,掘進(jìn)工作面前方的應(yīng)力高峰點(diǎn)也會(huì)向煤體深處轉(zhuǎn)移,形成一道安全屏障,起到保護(hù)作用。

    在突出煤層中打鉆,鉆孔直徑越大,施工越困難,對突出煤層的擾動(dòng)越大,越容易引起突出,所以《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中要求鉆孔直徑以75~120 mm為宜,如果超過120 mm,要有專門施工設(shè)備和安全技術(shù)措施。考慮到施工方便,可用煤電鉆施工42 mm直徑淺孔,也可用風(fēng)煤鉆施工直徑50 mm淺孔。在松軟突出煤層中,由于小直徑鉆孔周圍地應(yīng)力變化和破壞范圍小于大直徑鉆孔,發(fā)生噴孔的可能性小于大直徑鉆孔。小直徑鉆孔施工完要經(jīng)過一段時(shí)間,在這段時(shí)間內(nèi),鉆孔已在一定程度上釋放了周圍煤體的地應(yīng)力和瓦斯,隨后正常鉆進(jìn)時(shí),也不易發(fā)生噴孔,降低了鉆孔噴孔程度,甚至防止了鉆孔內(nèi)的突出。而且小直徑淺孔施工方便,施工速度快,正式的抽放鉆孔是在小直徑淺孔的基礎(chǔ)上套打。這種方法稱為“先小孔后大孔”。

    若采用上述方法在施工淺孔過程中仍有噴孔現(xiàn)象,則可加密小鉆孔,就是在原定抽放孔數(shù)量的基礎(chǔ)上增加鉆孔數(shù)量,比如設(shè)計(jì)抽放鉆孔為20個(gè),那么小鉆孔可以為40個(gè),打完40個(gè)小鉆孔后,再在小鉆孔基礎(chǔ)上套打20個(gè)抽放鉆孔。多出的、不用于抽放的20個(gè)小鉆孔在瓦斯抽放前可用做注漿,以封閉煤體裂隙,提高鉆孔抽采濃度。

    如果鉆孔過程中發(fā)生噴孔,除上述方法外,還可采用“高轉(zhuǎn)速、低鉆壓”的工藝措施。通過鉆具在孔內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng),保證孔內(nèi)反風(fēng)環(huán)暢通,使孔內(nèi)煤屑及時(shí)排出孔外,并釋放噴出的瓦斯,降低孔內(nèi)瓦斯壓力,冷卻鉆具,同時(shí)還可以磨碎噴孔時(shí)噴出的大顆粒煤屑,通過壓風(fēng)能順利帶出孔外,防止卡鉆事故。

    綜合上述,在煤層巷道中施工順層鉆孔時(shí),防突的基本原則是“先淺孔后深孔,先小孔后大孔”。

    上述是施工順層鉆孔防治煤與瓦斯突出的措施。但對于嚴(yán)重突出的單一煤層,采用條帶抽采措施時(shí),施工進(jìn)度將受影響,應(yīng)積極開展底板巷道穿層抽采。