CN102635391B

CN102635391B - 瓦斯突出的防治方法

Info

Publication number: CN102635391B
Application number: CN201210132669.7A
Authority: CN
Inventors: 陈凤平; 韩国伟; 曹海华
Original assignee: 陈凤平
Current assignee: Tangshan City Hong Qiang Machinery Factory
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-04-28
Also published as: WO2013159716A1; CN102635391A

Abstract

本发明公开了一种瓦斯突出的防治方法，包括：在巷道的煤壁表面钻挖探测孔；获得煤壁表面的第一压力值和探测孔底部的第二压力值；如果所述第一压力值减去所述第二压力值后所得的结果大于预定门限值，则所述探测孔处为存在瓦斯囊的危险区域；通过螺旋钻杆钻入所述危险区域的瓦斯囊；在钻入瓦斯囊预定深度后停止所述螺旋钻杆的进给并进行位置固定，通过所述螺旋钻杆的旋转将瓦斯囊中的瓦斯和煤粉传送到煤瓦斯分离器；所述煤瓦斯分离器通过煤粉排放管排出所述煤粉，通过瓦斯排放管将瓦斯排入专用抽排管道或者回风巷。本发明能够简单、准确、可靠、高效的探测并消除煤层中瓦斯囊的物理爆炸隐患，避免了瓦斯突出对矿工生命财产所带来的危害。

Description

瓦斯突出的防治方法

技术领域

本发明涉及煤矿采掘领域的安全生产技术，特别是涉及一种瓦斯突出的防治方法。

背景技术

煤与瓦斯突出，是指在煤矿井下的采煤作业中，在压力差的作用下，破碎的煤与瓦斯由煤层体内突然向采掘空间大量喷出，是另一种类型的瓦斯特殊涌出的现象。它具有极大的破坏性。

目前，煤与瓦斯突出事故依然是世界矿井的主要灾害，一旦突出发生将严重的威胁到井下矿工的生命安全并造成巨大的经济损失。自从1834年，法国鲁阿煤田依阿克矿井发生了世界上第一次煤与瓦斯突出，至今已有中国、法国、前苏联、波兰、日本、匈牙利、美国、印度、南非等22个国家和地区发生过突出事故，给人们的生命和财产造成了巨大的损失，尤其是我国，随着开采深度的增加，突出次数也在不断增加，时刻威胁着矿工的生命安全。

煤与瓦斯突出具有突出时间的不确定性，突出地点的不确定性，及突出强度的不确定性。突出过程会在几秒钟或几十秒钟之内完成，突出地点可能是煤巷掘进工作面，也可能是回采工作面，有时还发生在巷道维修扩帮的时候。而突出强度，涌出瓦斯可能是几十立方，也可能是上百万立方，突出煤（岩）可能是几吨、几十吨、也可能是上千吨，甚至是上万吨。

如果瓦斯突出规模达到一定量级，会给人们的生命和财产造成不可估量的损失，所以加强对瓦斯突出的有效治理，从根本上杜绝突出事故的发生，确保人们的生命和财产的安全，是我国及世界瓦斯突出井工煤矿急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种瓦斯突出的防治方法，能够简单、准确、可靠、高效的探测并消除煤层中瓦斯囊的物理爆炸隐患，避免了瓦斯突出对矿工生命财产所带来的危害。

为了实现上述目的，本发明提供了一种瓦斯突出的防治方法，包括：

步骤一，在巷道的煤壁表面钻挖探测孔；

步骤二，通过压力探测杆来顶压所述煤壁表面获得第一压力值，通过所述压力探测杆来顶压所述探测孔底部获得第二压力值；如果所述第一压力值减去所述第二压力值后所得的结果大于预定门限值，则所述探测孔处为存在瓦斯囊的危险区域；

步骤三，通过螺旋钻杆钻入所述危险区域的瓦斯囊；

步骤四，在钻入瓦斯囊预定深度后停止所述螺旋钻杆的进给并进行位置固定，通过所述螺旋钻杆的旋转将瓦斯囊中的瓦斯和煤粉传送到煤瓦斯分离器；

步骤五，所述煤瓦斯分离器通过煤粉排放管排出所述煤粉，通过瓦斯排放管将瓦斯排入专用抽排管道或者回风巷。

优选地，上述的防治方法中，还包括：

步骤六，由检测装置检测所述瓦斯排放管的瓦斯浓度值，在所述瓦斯浓度值小于浓度安全值并且所述煤粉排放管的排放量小于排放安全值的条件下，瓦斯囊突出隐患的防治流程结束。

优选地，上述的防治方法中，在所述步骤四中，通过控制所述螺旋钻杆的旋转速度来控制所述瓦斯和所述煤粉的传送流量。

优选地，上述的防治方法中，在所述步骤三中，通过所述螺旋钻杆的钻头压力值或者通过所述螺旋钻杆的进给阻力值来确定是否钻入瓦斯囊；

在所述步骤四中，所述预定深度为0.3至1.5米。

优选地，上述的防治方法中，所述螺旋钻杆为具有中心通路的空心钻杆，通过所述中心通路供给钻头降尘用水。

优选地，上述的防治方法中，在所述步骤二之后还包括：

通过设置多个探测孔，来确定所述瓦斯囊的范围。

优选地，上述的防治方法中，在所述步骤一之前，还包括：设置通风系统、供水系统以及钢结构躲避硐，停止外部带电作业。

优选地，上述的防治方法中，钻挖所述探测孔的部位位于：

煤层厚度突变的部位、煤层发生原始错位的部位或者煤层呈煤包状的部位。

优选地，上述的防治方法中，所述探测孔的深度根据煤层厚度、煤层种类和采掘进尺深度确定。

优选地，上述的防治方法中，所述煤瓦斯分离器设置在所述螺旋钻杆上并且通过压紧装置进行压紧固定。

本发明实施例至少存在以下技术效果：

1）本发明通过事先钻出的相应探测孔，进行相对压力差探测，因正常煤层属塑性体，而瓦斯囊内部则是气固混合的弹性体，塑性体煤层对探测杆的表压，要远远大于囊内弹性体对探测杆的表压，所以通过比较煤壁表面与探测孔底部的压力是否突变，就可以探知是否具有瓦斯囊。检测方法方便准确，简单有效。

2）本发明通过螺旋钻杆钻入瓦斯囊，因为螺旋钻杆旋转行进所以瓦斯囊并没有直接与外界相通，不会造成喷涌。在固定螺旋钻杆后，通过螺旋钻杆作为输送机可以安全可控的逐步排出瓦斯，避免瓦斯喷涌，安全可靠。

3）本发明通过停止带电作业，避免瓦斯燃烧爆炸的风险，通过钢结构躲避硐保障了人员的安全。

4）本发明钻挖所述探测孔的部位位于：煤层厚度突变的部位、煤层发生原始错位的部位或者煤层呈煤包状的部位。因为这些部位是容易存在瓦斯囊的部位，增加快速找到瓦斯囊的机率。

附图说明

图1为本发明方法实施例的步骤流程图；

图2是实现本发明方法所采用的“防突探测装置”的结构图；

图3是实现本发明方法所采用的“防突钻排装置”的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。

通过对大量突出事故及突出现场实况的分析，本发明通过模拟实验发现，困扰世界采矿业100多年瓦斯突出的真象，那就是和煤层同龄的与生具来赋存于煤层之中的外壳呈不规则曲线梨型或鸭蛋型状的囊形体，其赋存深度距地表达到30m以上（内部压力达到0.75MPa以上）将具有物理爆炸危险。

瓦斯囊可能赋存在多个煤层及多个矿井，而且分布无规律性，呈星罗状随机的隐藏于煤层相对较厚或突然变厚的部位，尤其是延走向煤层突然变厚的部位以及煤层发生原始错位造成顶底板间隔增大，煤层变厚的部位与煤层呈煤包状的部位更是瓦斯囊隐藏的危险地点。

瓦斯囊壳壁细腻如蛋壳，具有极强的密封性，如果所赋存煤层及顶底板不遭相对破坏，与囊壳壁厚永远大于其物理爆炸最小极限壁厚，可与相临塑性状煤层在同压力（地应力）平衡状态下，千年、万年的永远存在下去。因瓦斯囊内部不但充满瓦斯（或二氧化碳），而且也充满了随着囊的挤压形成与瓦斯流一起卷入其中的煤炭虚状固化体。囊内瓦斯（或二氧化碳）与煤固化体的混合物在地应力（重力）的作用下，不但具有物理爆炸特性，而且还对突出极限壳壁厚度以上的裂隙及传统防突钻孔具有入缝进孔的爆碎自密闭功能，这也是传统防突技术已经十分接近瓦斯突出的真象，但因未能揭开其神密面纱，却和瓦斯囊擦肩而过，不但没有把瓦斯突出事故消灭在萌芽状态，反而造成了无数起伤亡巨大损失严重的瓦斯突出矿难。治理煤与瓦斯突出不但考验着人类的智慧，同时也是全人类100多年来所面临的严峻挑战。

以往传统技术都是建立在事件（突出）已经发生后的感知探测方面，也就是说事件（突出）未发生（相对运动）之前，什么磁场频率，雷达反射、瓦斯浓度变化、甚至响声等现象都不会出现，而上述现象一旦出现，则说明突出事故已经发生了，如果，突出规模达到一定的量级，对矿工的生命和财产造成的损失，将无法挽回。

为了彻底根治瓦斯突出，将瓦斯囊的物理爆炸现象消灭在萌芽状态，就必须有一套行之有效的方法，不但能简单、准确的在茫茫煤海中找出瓦斯囊的赋存部位和地点，同时能用可靠、高效的技术措施将其物理爆炸危险消除，以保证煤矿安全生产的正常进行。

图1为本发明方法实施例的步骤流程图，如图1所示，本发明实施例提供了一种瓦斯突出的防治方法，包括：

步骤101，在巷道的煤壁表面钻挖探测孔；

步骤102，通过压力探测杆来顶压所述煤壁表面获得第一压力值，通过所述压力探测杆来顶压所述探测孔底部获得第二压力值；如果所述第一压力值减去所述第二压力值后所得的结果大于预定门限值，则所述探测孔处为存在瓦斯囊的危险区域；

步骤103，通过螺旋钻杆钻入所述危险区域的瓦斯囊；

步骤104，在钻入瓦斯囊预定深度后停止所述螺旋钻杆的进给，并通过所述螺旋钻杆的旋转将瓦斯囊中的瓦斯和煤粉传送到煤瓦斯分离器；

步骤105，所述煤瓦斯分离器通过煤粉排放管排出所述煤粉，通过瓦斯排放管将瓦斯排入专用抽排管道或者回风巷。

可见，本发明通过事先钻出的相应探测孔，进行相对压力差探测，因正常煤层属塑性体，而瓦斯囊内部则是气固混合的弹性体，塑性体煤层对探测杆的表压，要远远大于囊内弹性体对探测杆的表压，所以通过比较煤壁表面与探测孔底部的压力是否突变，就可以探知是否具有瓦斯囊。

而且，本发明通过螺旋钻杆钻入瓦斯囊，因为螺旋钻杆旋转行进所以瓦斯囊并没有直接与外界相通，不会造成喷涌。在固定螺旋钻杆后，通过螺旋钻杆作为输送机可以安全可控的逐步排出瓦斯，避免瓦斯喷涌，安全有效。

在一个优选实施例中，可以由检测装置检测所述瓦斯排放管的瓦斯浓度值，在所述瓦斯浓度值小于浓度安全值并且所述煤粉排放管的排放量小于排放安全值的条件下，说明已经安全排空瓦斯，瓦斯囊突出隐患的防治流程可以结束。

其中，在所述步骤104中，可以通过控制所述螺旋钻杆的旋转速度来控制所述瓦斯和所述煤粉的传送流量。

在所述步骤103中，通过所述螺旋钻杆的钻头压力值或者通过所述螺旋钻杆的进给阻力值来确定是否钻入瓦斯囊；在所述步骤104中，钻入瓦斯囊的所述预定深度可以为0.3至1.5米。

其中，所述螺旋钻杆为具有中心通路的空心钻杆，通过所述中心通路供给钻头降尘用水。

在所述步骤102确定有瓦斯囊之后，还包括：通过设置多个探测孔，来确定所述瓦斯囊的范围。

在所述步骤101之前，还包括：设置通风系统、供水系统以及钢结构躲避硐，停止外部带电作业。停止带电作业是为了避免瓦斯燃烧爆炸，钢结构躲避硐是为了保障人员的安全。

在一个优选实施例中，钻挖所述探测孔的部位位于：煤层厚度突变的部位、煤层发生原始错位的部位或者煤层呈煤包状的部位。因为这些部位是容易存在瓦斯囊的部位。

其中，所述探测孔的深度根据煤层厚度、煤层种类和采掘进尺深度确定。

图2是实现本发明方法所采用的“防突探测装置”的结构图，如图2所示，“防突探测装置”包括：探孔l，探测杆2，油缸杆3，油缸4，支架座5，可调水平支架6，液压油管7，液压油箱8，分配阀9，操纵杆10，压力表11，液压泵12，联轴器13，电动机14，底座15，下支架16，巷道煤壁17。

探测过程是：用“防突探测装置”，通过事先钻出的相应探孔，用绝对压力差探测法，对煤层内部一定安全防护深度，进行相对压力差探测。因正常煤层属塑性体，而瓦斯囊内部则是气（瓦斯）固（煤体）混合的弹性体，所以在同一深度时，塑性体煤层对探测杆的磨擦力（表压），要远远大于囊内弹性体对探测杆的磨擦力（表压）。如果在进行防突探测作业时，发现某个探孔或多个探孔出现上述情况，那就可以确定探孔煤体内部有瓦斯囊存在，反之，则无瓦斯囊存在。

图3是实现本发明方法所采用的“防突钻排装置”的结构图，如图3所示，“防突钻排装置”包括：探测孔31、钻头32、排放孔33、钻杆34、排放孔密封支撑装置35、喷雾水咀36、煤瓦斯分离器37、压紧装置38、导向套39、钻杆驱动器310、减速器311、驱动马达312、滑动机座313、进给装置314、手柄315、电缆316、水平支架317、螺旋支架座318、升降调节器319、后支架320、导向轨32l、可调前支架322、煤粉排放管323、瓦斯抽放管324、瓦斯检测仪325。

如果通过上述探测，发现有瓦斯囊存在，就用图3的“防突钻排装置”，进行可控状态下的钻排消突作业，其方法是利用螺旋制动原理，将瓦斯囊内的气（瓦斯）固（煤体）混合物，在螺旋钻杆的定量排放，与喷水除尘、瓦斯浓度监测状态下，无尘煤（岩）与高浓度瓦斯分流后各自按要求排走，煤（岩）可直接装入矿车运出井口；瓦斯流则可排入专用瓦斯抽放管道或引入回风流排入大气。通过进行泄压钻排处理，使具有物理爆炸危险的瓦斯囊失去爆炸压力，将突出危险消灭在萌芽状态，从而确保采掘作业的正常运行，即可避免矿工伤亡事故的发生，同时降低传统防突成本，提高采掘效率，增加经济效益。

结合图2图3可知，本发明瓦斯突出的防治方法为：首先根据所防煤层厚度，确定探孔间距与钻孔深度，然后用“防突探测装置”在验定煤帮同压强面积（探杆顶端）最大压力值后，将探测杆连接后伸入孔底，然后进行受控加压，如果所探孔底最大压力值与验定压力值无明显差别，而且顶进困难，则此探孔煤层内部没有瓦斯囊存在。如果所探孔底最大压力值与验定压力值相差悬殊，而且探杆顶进又相当省力，则可以确定此探孔煤层内部有瓦斯囊存在，并存在物理爆炸（突出）危险。如果采掘作业所探一轮探测孔都没有发现瓦斯囊赋存情况，则采掘作业可在防护规范进尺要求下，进行正常的采掘活动与进行下一轮的防突探测步骤。如果在钻孔探测过程中，发现煤层内部存在瓦斯囊，并在确定其囊体大小后，就要用“防突钻排装置”通过可控泄压钻排消突（物理爆炸）方式将危险消除。使瓦斯囊内部的弹性压力降到常压状态，从而消除突出（物理爆炸）危险。接触式绝对压力差探测与钻排方法的宗旨，就是要把防突准确率提高到100％，把突出（物理爆炸）事故降到0。在确保安全生产的同时，从根本上杜绝瓦斯突出事故，并大量降低传统防突成本，简化纺突程序，提高突出矿井的经济效益。

在一个优选实施例中，防突具体步骤为：

一、瓦斯囊的探测

1、先用“防突出探测装置”对巷帮煤体进顶进试压，在20-30MPa范围确定基准压力值。

2、用“防突钻排装置”根据工作面情况及煤层厚度，首先钻出相应深度的φ60、φ75、φ89等直径的探孔。

3、用“防突探测装置”，在所需探孔已钻好的基础上，用φ50、φ63、φ75等直径的，顶端节侧部装有柱塞式压力传感器的探测顶杆，在装置千斤顶压力的推动下，对探孔底部煤体进行剪切式顶进探测，如所顶压力值和基准压力值基本接近，就说明此探孔内部没有瓦斯囊存在，可进行下一个探孔的探测作业。如果通过对孔底煤体进行剪切式顶进探测后，发现在顶进过程中千斤顶表压突然降低，或远远小于探测杆端节压力传感器所显表压，就说明此探孔内部存在瓦斯囊无疑。在发现有瓦斯囊存在后，应根据所防煤层厚度及作业类别，也就是：所防作业面是煤巷掘进；是回采；是石门揭煤；还是凿新井，或是原井延深等作业，进行逐孔探测，直到摸清楚此瓦斯囊规模和轮廓为止，为下一步对瓦斯囊进行钻排消突（物理爆炸）作业打下良好基础。

二、瓦斯囊的钻排消突

1、在用“防突探测装置”，已探明所防煤层内部有瓦斯囊的存在和规模与轮廓后，先用“防突钻排装置”及DYK-60-110-190、DYK-60-125-205、DYK-60-135-215等锥型扩孔器（钻头），钻出用以安装排放分流器的锥型座孔。安装好分流器，使之与钻排装置（钻机）成一整体，而后通过钻机尾部的千斤顶，利用巷帮作依托将装置整体顶紧，使钻排作业过程稳定可靠。选择相应钻排螺旋专用钻杆，规格有：DYL-50-100-800、DYL-50-113-800、DYL-50-125-800等，在导向头的定向下，对探测孔进行注水扩孔钻进，当螺旋钻杆钻进到已知瓦斯囊壳壁内部0.5m位后停止。然后在分流器位置将钻杆断开，接上密封节，启动装置让钻杆旋转，但不进给，这时的螺旋钻杆就成了螺旋退料机，此时正式进入到瓦斯囊泄压排放作业。

在瓦斯囊的泄压钻排过程中：钻进与排放时钻杆顶端供水不能中断；排放时分流器内部供水喷淋不能中断；排放时必须通过小型防爆轴流式风机，将高浓渡（100％）瓦斯引入专用抽放管道，或通过专用风筒引入回风巷。

钻排作业时，瓦斯排放范围内停止一切带电作业，而且钻排地点必须有压风、供水、供物及钢构简易躲避硐配合，以保证瓦斯囊泄压钻排的安全进行，另外钻排出的粉煤经喷淋除尘后要及时清运离场，以保证作业环境的整洁通畅。

由上可知，本发明实施例具有以下优势：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种瓦斯突出的防治方法，其特征在于，包括：

步骤一，在巷道的煤壁表面钻挖探测孔；

步骤三，通过螺旋钻杆钻入所述危险区域的瓦斯囊；

2.根据权利要求1所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，在所述步骤四中，通过控制所述螺旋钻杆的旋转速度来控制所述瓦斯和所述煤粉的传送流量。

4.根据权利要求1所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，

在所述步骤三中，通过所述螺旋钻杆的钻头压力值或者通过所述螺旋钻杆的进给阻力值来确定是否钻入瓦斯囊；

在所述步骤四中，所述预定深度为0.3至1.5米。

5.根据权利要求1所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，所述螺旋钻杆为具有中心通路的空心钻杆，通过所述中心通路供给钻头降尘用水。

6.根据权利要求1所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，在所述步骤二之后还包括：

通过设置多个探测孔，来确定所述瓦斯囊的范围。

7.根据权利要求6所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，在所述步骤一之前，还包括：设置通风系统、供水系统以及钢结构躲避硐，停止外部带电作业。

8.根据权利要求1所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，钻挖所述探测孔的部位位于：

9.根据权利要求8所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，所述探测孔的深度根据煤层厚度、煤层种类和采掘进尺深度确定。

10.根据权利要求8所述的瓦斯突出的防治方法，其特征在于，所述煤瓦斯分离器设置在所述螺旋钻杆上并且通过压紧装置进行压紧固定。