CN101892842B - 一种立井揭煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立井揭煤方法，包括获取立井中将要揭煤煤层的工程信息，根据所述工程信息判断所述将要揭煤煤层是否为突出性煤层，若是，则对所述将要揭煤煤层进行防突处理；并对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤。相对于现有技术中对所有将要揭煤煤层都会采取防突措施，然后对将要揭煤煤层进行揭煤的技术方案，本发明对将要揭煤煤层是否为突出性煤层先进行判断，若将要揭煤煤层是突出性煤层，才对其进行防突处理，最后在对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤，避免了对非突出性煤层也进行防突处理所消耗的工期，实现了在保证安全生产的前提下，缩短整个揭煤工期的目的。

Description

一种立井揭煤方法

技术领域

本发明涉及煤矿工程技术，尤其涉及在煤矿立井掘进过程中具有安全快速特征的一种立井揭煤方法，属于煤矿工程领域。

背景技术

在现有技术中，大多数煤矿都是由多水平煤层所构成的，需要采用群开采技术对其进行开采。具体地，在工程上，一般先挖掘一立井，再逐一对所述多水平煤层的每一煤层进行“揭煤”，进而建立巷道以进行对煤层的开采。所谓“揭煤”，是指在立井掘进过程中使得原本掩盖在岩层之下的煤层暴露的过程。

当立井向下掘进到一定的深度时(特别是超过一千米时)，将要进行“揭煤”的煤层一般都具有瓦斯压力和水压力都较大的特征，具有这种特征的煤层被称为“突出性煤层”，这其中当然也有少数煤层不是“突出性煤层”，由于“突出性煤层”中的瓦斯压力和水压力都较大，因此在对“突出性煤层”进行“揭煤”操作时多存在“煤与瓦斯突出”危险。所谓“煤与瓦斯突出”是煤矿生产和掘进过程中一种复杂的自然灾害，是一种伴有声响和猛烈力能效应的地质动力现象，它能在极短的时间内(多则数分钟内，少则数秒内)由煤体向井巷突出大量的煤炭并涌出大量的瓦斯，并使井巷充满瓦斯与煤炭抛出物，能摧毁井巷设施，破坏矿井巷通风系统，造成人员窒息，甚至引发瓦斯爆炸，是严重威胁煤矿安全生产的地质灾害之一。

目前，在国内外立井掘进过程中，当对每一煤层进行“揭煤”时，不管它是否为“突出性煤层”，都会采取防治“煤与瓦斯突出”(防治“煤与瓦斯突出”可简称“防突”)的措施，其主要采用瓦斯钻孔自然排放、钻孔预抽煤层瓦斯的方法及一些辅助措施，具体地，是在将要进行“揭煤”煤层的断面轮廓外布置多排扇形穿层钻孔，通过排放煤层中的瓦斯来防止“揭煤”时“煤与瓦斯突出”危险的发生。然而，这种方法虽然“防突”效果较好，但排放瓦斯时间较长，一般每揭穿一层煤层需要2～3个月时间，工期相对较长，而且在施工过程中不加任何分析就对非“突出性煤层”的煤层采取“防突”的措施，其工期进一步加长，不利于煤矿快速高效生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种立井揭煤方法，针对现有技术中揭煤工期相对较长的缺陷，实现了在保证安全生产的前提下，缩短揭煤工期的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种立井揭煤方法，包括：

获取立井中将要揭煤煤层的工程信息；

根据所述工程信息判断所述将要揭煤煤层是否为突出性煤层，若是，则对所述将要揭煤煤层进行防突处理；

并对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤。

本发明所提供的立井揭煤方法，相对于现有技术中对所有将要揭煤煤层都会采取防突措施，然后对将要揭煤煤层进行揭煤的技术方案，本发明对将要揭煤煤层是否为突出性煤层先进行判断，若将要揭煤煤层是突出性煤层，才对其进行防突处理，最后再对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤，避免了对非突出性煤层也进行防突处理所消耗的工期，实现了在保证安全生产的前提下，缩短整个揭煤工期的目的。

附图说明

图1为本发明立井揭煤方法的流程示意图；

图2为本发明揭煤前立井施工的剖面示意图；

图3为利用气体示踪装置定位多个第二密集排放钻孔的示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明立井揭煤方法的流程示意图。如图1所示，本实施例立井揭煤方法包括：

步骤101、获取立井中将要揭煤煤层的工程信息；

需要说明的是，本实施例获取立井中将要揭煤煤层的工程信息是建立在对立井施工的基础之上的。图2为本发明揭煤前立井施工的剖面示意图，结合图2所示，在对立井1施工的同时，通过对立井1的井筒壁注浆形成了具有一定厚度的立井井筒注浆帷幕3，因此立井井筒注浆帷幕3有内壁和外壁之分，当立井1掘进到一定的深度时，施工位置到达岩层2的岩层工作面4，在本实施例立井1施工过程中规划岩层工作面4与将要揭煤煤层5的法向距离为10米，将要揭煤煤层5可由将要揭煤煤层第一部分7和将要揭煤煤层第二部分6所构成，并且将要揭煤煤层第一部分7对应立井井筒注浆帷幕3的外壁以外范围，将要揭煤煤层第二部分6对应立井井筒注浆帷幕3的内壁以内范围；接着对岩层工作面4进行预注浆，使浆液渗入岩层2的缝隙当中以及通过岩层2的缝隙渗入将要揭煤煤层5当中，同时立井井筒注浆帷幕3的外壁以外的部分岩层缝隙也会渗入浆液，预注浆所形成的注浆帷幕封堵了将要揭煤煤层5中所赋存瓦斯的流动通道，降低了瓦斯的流动性，改变了将要揭煤煤层5中瓦斯赋存状态，最终提高了将要揭煤煤层5中煤体的坚固性系数，有效阻止了由于瓦斯流动所带来的煤体流动；进一步地，在岩层工作面4处设置至少两个前探测压钻孔8，由于上述的预注浆所形成的注浆帷幕改变了将要揭煤煤层5中瓦斯赋存状态，为了后续工作能通过前探测压钻孔8准确测定将要揭煤煤层5中的瓦斯压力，因此可将其中每个前探测压钻孔8穿透立井井筒注浆帷幕3的内壁与外壁，其一端设置于立井井筒注浆帷幕3上，另一端则伸至将要揭煤煤层第一部分7中；

在上述对立井1的施工设置完前探测压钻孔8之后，则可根据实际立井工程情况，获取立井掘进深度信息、前探测压钻孔瓦斯压力信息、前探测压钻孔瓦斯放散初速度信息、煤体的坚固性系数信息和前探测压钻孔施工动力现象信息；其中，所述获取前探测压钻孔瓦斯压力信息，具体可为对每个前探测压钻孔8，采用多步分段封孔测压装置，或气水分离装置，或分源测压装置，准确测定将要揭煤煤层5中的瓦斯压力与水压力，并在消除水压力对瓦斯压力影响的同时，获取所述前探测压钻孔瓦斯压力信息。

步骤102、根据所述工程信息判断所述将要揭煤煤层是否为突出性煤层，若是，则对所述将要揭煤煤层进行防突处理；

再结合图2所示，根据步骤101中所获取的立井掘进深度信息、前探测压钻孔瓦斯压力信息、前探测压钻孔瓦斯放散初速度信息、煤体的坚固性系数信息和前探测压钻孔施工动力现象信息，可以建立将要揭煤煤层5的煤与瓦斯突出神经网络模型，并通过所述煤与瓦斯突出神经网络模型，判断将要揭煤煤层5是否为突出性煤层，若是，则可以对将要揭煤煤层5进行防突处理；所述防突处理可通过多个密集排放钻孔，同时对将要揭煤煤层第一部分7进行瓦斯排放，和对将要揭煤煤层第二部分6进行瓦斯排放，直到将要揭煤煤层5的瓦斯含量低于安全阈值，所述直到将要揭煤煤层5的瓦斯含量低于安全阈值可通过实时监测将要揭煤煤层5的瓦斯含量并对其进行检测来实现；进一地，所述多个密集排放钻孔分可为多个第一密集排放钻孔和多个第二密集排放钻孔，具体地，可采用气泵通过多个第一密集排放钻孔对将要揭煤煤层第一部分7进行瓦斯抽取排放，并且同时采用气泵通过多个第二密集排放钻孔对将要揭煤煤层第二部分6进行瓦斯抽取排放，直到将要揭煤煤层5的瓦斯含量低于安全阈值，所述多个第一密集排放钻孔为伸至将要揭煤煤层第一部分7中的钻孔，所述多个第二密集排放钻孔为伸至将要揭煤煤层第二部分6中；

再进一步地，如图3为利用气体示踪装置定位多个第二密集排放钻孔的示意图所示，所述气体示踪装置可选用六氟化硫(SF₆)气体作为示踪气体对所述多个第二密集排放钻孔的数量及间距进行设置，具体地，首先需要说明的是，在本实施例中选择SF₆气体作为示踪气体，一是因为SF₆气体在自然界不存在，可避免在示踪时与自然界相同气体混淆所带来的麻烦，二是因为SF₆气体即使含量相对较低时也能被检测到，提高了对多个第二密集排放钻孔定位的准确性，在图3中，可将一端封闭并且含有SF₆气体的气管37通过岩层工作面4和岩层2置入将要揭煤煤层5中，使SF₆气体渗入将要揭煤煤层5中，与并其所含的瓦斯相混合，同时也将气体示踪装置的5个取样管31～35通过岩层工作面4和岩层2置入将要揭煤煤层5中，所述5个取样管31～35中两两的间距为0.5米，同时可设取样管31与气管37的水平距离为1米，对应5个取样管31～35还分别设有取样孔311、取样孔321、取样孔331、取样孔341和取样孔351，进一步地，气体示踪装置还设有一抽放管道36，与5个取样管31～35分别连接，抽放管道36开口处可接一气泵；

利用气体示踪装置对多个第二密集排放钻孔定位的具体过程为，当气泵工作时，从抽放管道36中会有混杂SF₆气体的瓦斯不断被抽出，与此同时分别对取样孔311、取样孔321、取样孔331、取样孔341和取样孔351所涌出的瓦斯进行采样，并采用气相色谱仪测定分析每个所采集的瓦斯样品的组份，检测每个所采集的瓦斯样品是否含有SF₆气体，在检测到有SF₆气体涌出的取样孔所对应的取样管处设置一个第二密集排放钻孔，例如在取样孔311、取样孔331和取样孔351所涌出的瓦斯样品中分别检测到有SF₆气体，而在取样孔321和取样孔341所涌出的瓦斯样品中没检测到有SF₆气体，则只在则取样管31、取样管33和取样管35处分别设置一个第二密集排放钻孔，这样便设置了3个第二密集排放钻孔，并且每个第二密集排放钻孔的间距为1米，通过合理设置多个第二密集排放钻孔的数量及其间距，节省了抽放瓦斯的时间，达到了进行快速防突处理的目的；同理，对所述多个第一密集排放钻孔的数量及间距进行设置也可采用此方法，只是气体示踪装置的摆放位置有所不同，这里不再赘述。

步骤103、并对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤。

可采用震动放炮方法，对步骤102中防突处理后的将要揭煤煤层5进行揭煤，这时的将要揭煤煤层5则成为正在揭煤煤层，在揭煤的同时，可采用通风设备对所述正在揭煤煤层的煤层工作面上部空间中所含瓦斯进行连续抽放，所述连续抽放还可应用在出矸、立井井筒注浆帷幕3的施工过程中，以降低立井井筒注浆帷幕3的外壁以外范围的煤层瓦斯通过岩层缝隙渗入立井井筒注浆帷幕3的内壁以内范围，避免导致施工人员窒息的危险。

进一步地，当步骤102中根据所述工程信息判断所述将要揭煤煤层不是突出性煤层时，直接执行步骤103，对所述将要揭煤煤层进行揭煤。

本实施例所提供的立井揭煤方法，相对于现有技术中对所有将要揭煤煤层都会采取防突措施，然后对将要揭煤煤层进行揭煤的技术方案，本实施例对将要揭煤煤层是否为突出性煤层先进行判断，若将要揭煤煤层是突出性煤层，才对其进行防突处理，最后在对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤，避免了对非突出性煤层也进行防突处理所消耗的工期，实现了在保证安全生产的前提下，缩短整个揭煤工期的目的，可将原本每次2～3个月的揭煤工期缩短50％以上，对本领域立井揭煤的施工工程具有很高的指导意义和重大的参考价值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种立井揭煤方法，其特征在于，包括：

获取立井中将要揭煤煤层的工程信息；

根据所述工程信息判断所述将要揭煤煤层是否为突出性煤层，若是，则对所述将要揭煤煤层进行防突处理；

并对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤；在所述获取立井中将要揭煤煤层的工程信息之前，还包括：

对所述立井下的岩层工作面进行预注浆，并在所述岩层工作面处设置至少两个前探测压钻孔，所述岩层工作面与所述将要揭煤煤层的法向距离为10米，所述将要揭煤煤层由将要揭煤煤层第一部分和将要揭煤煤层第二部分构成；

所述将要揭煤煤层第一部分对应立井井筒注浆帷幕的外壁以外范围；

所述将要揭煤煤层第二部分对应立井井筒注浆帷幕的内壁以内范围；

所述根据所述工程信息判断所述将要揭煤煤层是否为突出性煤层，包括：

根据所述工程信息，建立所述将要揭煤煤层的煤与瓦斯突出神经网络模型；

并通过所述煤与瓦斯突出神经网络模型，判断所述将要揭煤煤层是否为突出性煤层；

所述获取立井中将要揭煤煤层的工程信息，包括：

获取立井掘进深度信息、前探测压钻孔瓦斯压力信息、前探测压钻孔瓦斯放散初速度信息、煤体的坚固性系数信息和前探测压钻孔施工动力现象信息；

所述对所述将要揭煤煤层进行防突处理，包括：

若所述将要揭煤煤层为突出性煤层，通过多个密集排放钻孔，同时对所述将要揭煤煤层第一部分进行瓦斯排放，和对所述将要揭煤煤层第二部分进行瓦斯排放，直到所述将要揭煤煤层的瓦斯含量低于安全阈值；

所述多个密集排放钻孔分为多个第一密集排放钻孔和多个第二密集排放钻孔。

2.根据权利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述前探测压钻孔穿透所述立井井筒注浆帷幕的内壁与外壁，并且其一端设置于所述立井井筒注浆帷幕上，另一端则伸至所述将要揭煤煤层第一部分中。

3.根据权利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述获取前探测压钻孔瓦斯压力信息，包括：

对所述前探测压钻孔，采用多步分段封孔测压装置，或气水分离装置，或分源测压装置，消除水压力，获取所述前探测压钻孔瓦斯压力信息。

4.根据权利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述对所述将要揭煤煤层第一部分进行瓦斯排放，包括：

采用气泵，通过所述多个第一密集排放钻孔对所述将要揭煤煤层第一部分进行瓦斯抽取排放；

所述多个第一密集排放钻孔伸至所述将要揭煤煤层第一部分中。

5.根据权利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述对所述将要揭煤煤层的第二部分进行瓦斯排放，包括：

采用气泵，通过所述多个第二密集排放钻孔对所述将要揭煤煤层第二部分进行瓦斯抽取排放；

所述多个第二密集排放钻孔伸至所述将要揭煤煤层第二部分中。

6.根据权利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，采用气体示踪装置对所述多个第二密集排放钻孔的数量及间距进行设置，所述气体示踪装置所选用的示踪气体为六氟化硫气体。

7.根据权利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤，包括：

在对防突处理后的所述将要揭煤煤层进行揭煤的同时，所述将要揭煤煤层为正在揭煤煤层，并采用通风设备对所述正在揭煤煤层的煤层工作面上部空间中所含瓦斯进行连续抽放。

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