淺談煤與瓦斯突出礦井大直徑立井井筒揭煤技術

摘 要：本文通過重點介紹對副立井井筒3號煤層實施的區域防突措施設計、執行、效果檢驗等過程，后又通過采取工作面局部防突措施等，最終安全順利地揭穿了3號煤層，為其他同類工程積累經驗。

關鍵詞：煤與瓦斯突出;大直徑;立井井筒;穿層鉆孔;揭煤

1 引言

立井井筒揭煤是一項較為危險且復雜的系統工程，揭煤過程中，瓦斯的治理和防治尤為關鍵，一旦瓦斯治理措施和安全防護措施執行不到位，就會帶來安全隱患，嚴重的會發生煤與瓦斯突出，拋出的煤堵塞井筒，甚至可噴出井口，對井筒的穩定性造成影響和損害，同時也對礦井的安全生產造成極大的危害。

2 工程概況

山西晉城東大煤礦為在建的煤與瓦斯突出礦井，由山西晉煤集團和山西煤運銷集團合資開發建設，副立井井筒由中煤第三建設（集團）有限責任公司三十工程處施工，井筒垂深609.5m，凈直徑9.7m，表土及風化段壁厚900mm，基巖段壁厚800mm。根據《副立井檢查孔地質柱狀圖（S1033-116G-2）》及礦井其他地勘資料等得知：井筒在井深538.36m處將揭露3號煤層，煤層厚度為4.99m，傾角接近水平，黑色，亮主暗次，夾鏡煤條帶，內生裂隙發育，階梯狀斷口，光亮型煤。3號煤層原煤瓦斯含量為7.56～29.83m3/t，平均瓦斯含量17.03m3/t，被鑒定為煤與瓦斯突出煤層。根據東大煤礦回風立井和主立井揭煤實際測定情況，回風立井實測最大瓦斯含量為20.34m3/t，瓦斯壓力最大為2.9MPa（反算瓦斯含量為21.37m3/t），主立井實測最大瓦斯含量為19.65m3/t。3號煤層自燃傾向性等級為Ⅲ級，屬不易自燃煤層，煤層煤塵無爆炸危險性。礦井正常涌水量250m3/h，最大涌水量792m3/h。

3 煤層瓦斯實測情況

在井筒工作面距3號煤頂板法距20m位置和10m位置，分別施工4個穿透煤層全厚且進入3號煤底板至少2m的前探鉆孔探測，探測結果顯示：在揭煤區域煤層無明顯地質構造，煤層賦存簡單;3號煤層在副立井位置厚4.99m，傾角接近水平，預計副立井井筒在井深538.36m處揭露3號煤層。

在掌握煤層賦存情況后，副立井繼續施工直至距煤層法線距離7m處停止掘進，布置3個測瓦斯壓力鉆孔，但封孔后2個鉆孔未測出瓦斯壓力，分析原因可能是封孔質量不良導致，另一個鉆孔實測瓦斯壓力0.4MPa。而東大煤礦副立井鄰近位置的回風立井和主立井揭煤實際測定時，回風立井實測最大瓦斯含量為20.34m3/t，瓦斯壓力最大為2.9MPa（反算瓦斯含量為21.37m3/t），主立井實測最大瓦斯含量為19.65m3/t。

4 區域防突措施

4.1 區域防突措施設計

副立井井底揭煤區域千米鉆機鉆孔覆蓋后，在副井井筒工作面距3號煤頂板法距7m位置（井筒垂深531.36m）采取了穿層鉆孔區域防突措施，該揭煤區域設計穿層抽采鉆孔共計336個，鉆孔施工直徑為75mm，設計長度為13.5～26.6m，鉆孔開孔傾角-35°至-75°，開孔間距在0.6～0.9m之間，終孔間距2.0m左右，設計鉆孔進尺工程量6841.8m，控制范圍為井筒輪廓線外15m。如果將所有鉆孔布置在工作面存在一定困難，為優化設計、便于施工，將最外四圈共210個鉆孔，孔口布置在距工作面幫部2米高范圍內，這樣就將絕大部分抽放鉆孔孔口位置設計在井幫上，通過抽放鉆孔優化設計，有利于三臺SGZ-300型鉆機在圓形操作平臺上平行作業，成孔率高，鉆孔施工工期短，瓦斯抽放效率高，還解決了井筒積水、堵孔、淹孔和排鉆屑困難等問題。

4.2 區域防突措施執行情況

按照區域防突措施的穿層鉆孔設計，于2015年12月30日開始施工瓦斯預抽鉆孔，于2016年1月10日施工完畢，共施工有效抽采鉆孔338個，累計鉆孔進尺11601.4m，其中煤孔進尺3708.4m，控制范圍為井筒輪廓線外21m。鉆孔施工過程中，沒有出現噴孔、頂鉆或夾鉆等動力現象，鉆孔施工完畢后，將各鉆孔合茬連接到集氣箱、集氣箱再連接到瓦斯抽采主管路，進行抽采。鉆孔封孔管采用Ф50mmPE管，每根PE管長8m，穿層鉆孔的封孔段長度6m，采用PB-Ⅱ膨博封孔袋和水泥漿封孔。

5 區域防突措施效果檢驗

5.1 瓦斯抽采量統計分析

由于回風立井和主立井揭煤后，井底車場具備施工條件時，通過千米鉆機鉆孔先行覆蓋了副立井井底揭煤區域煤層預抽瓦斯，故采取區域防突措施前實測的瓦斯含量屬于殘余瓦斯含量，瓦斯含量大小為16.0m3/t，同時副立井實測的瓦斯壓力僅有一個孔有讀數為0.4MPa，因此副立井實測的瓦斯壓力和含量數據不能具體反映副立井揭煤區域原始瓦斯情況。

參照東大煤礦回風立井和主立井揭煤實際測定情況，回風立井實測最大瓦斯含量為20.34m3/t，瓦斯壓力最大為2.9MPa（反算瓦斯含量為21.37m3/t），主立井實測最大瓦斯含量為19.65m3/t。副立井揭煤區域原始瓦斯含量可參照回風立井數據，按瓦斯含量21.37 m3/t考慮。

5.2 區域措施效果檢驗

根據距煤層法距7m位置區域措施效果檢驗測定的結果，東大煤礦副立井井筒揭煤區域3號煤層最大殘余瓦斯含量為7.87 m3/t，小于《防治煤與瓦斯突出規定》的臨界值8m3/t，而且在所有的鉆孔施工過程中，沒有出現噴孔、頂鉆或夾鉆等動力現象，檢驗結果表明區域防突措施有效。

5.3 區域效果檢驗結論

（1）東大煤礦副立井井筒揭煤區域防突措施鉆孔均按照設計施工，共施工有效鉆孔338個，且鉆孔分布較為均勻，鉆孔終孔間距和控制范圍達到設計要求。

（2）經連續抽采，統計副立井揭煤區域瓦斯預抽總量達到21.37萬m3，滿足了需抽采瓦斯總量16萬m3的要求，且經計算抽采后煤層殘余瓦斯含量降至7.5 m3/t，從抽采量統計上可判斷區域措施有效。

（3）經現場測定，東大煤礦副立井井筒揭煤區域3號煤層最大殘余瓦斯含量為7.87 m3/t，小于《防治煤與瓦斯突出規定》的臨界值，而且在所有鉆孔施工過程中，沒有出現噴孔、頂鉆或夾鉆等動力現象，檢驗結果表明區域防突措施有效。

6 后期揭煤工作

2018年12月，重慶煤科院出具了《東大煤礦副立井井筒揭穿3#煤層區域防突措施效果檢驗報告》，測定結果為井筒輪廓線12m范圍內均未超標，檢驗結果表明區域防突措施有效，經礦方與煤科院研究決定，按照相關要求，可以繼續進行下一步工作

7 結語

東大煤礦副立井井筒揭穿3號煤層期間，均按照《防治煤與瓦斯突出規定》等相關規定，根據預測結果，制定相關措施，嚴格按照“四位一體”防突程序，依次進行探揭煤工作，最終安全順利地揭穿了3號煤層，同時也為其他同類型的煤與瓦斯突出礦井大直徑立井井筒揭煤工作積累了寶貴經驗。

參考文獻：

[1] 煤礦安全規程[S]，國家安全生產監督管理總局、國家煤礦安全監察局，2016.

[2] 防治煤與瓦斯突出規定[S]，國家安全生產監督管理總局、國家煤礦安全監察局，2009.

作者簡介：

程強（1987-），男，本科，工程師，從事煤礦通風安全工作。