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和利隆防治打钻引起煤与瓦斯突出

作者: 时间:2019-11-15 11:50

 

  打钻突出事故发生的例子不少,打钻过程中出现的喷孔实际上就是钻孔中出现的小型突出。为什么会产生这种现象呢?因为采掘场所存在突出危险源,煤体内存在高压力的瓦斯和高的地应力,煤层整体透气性低,打钻过程中钻孔改变了原有应力状态和封闭条件,形成高的瓦斯压力梯度,使得原来封闭的瓦斯向外喷出,这就是喷瓦斯。如果煤体中有松软破碎煤层存在,由于松软破碎煤层强度低,不能抵抗高的瓦斯压力梯度,就会导致松软破碎煤的突出,软分层煤的突出改变整个煤体的应力状态,改变了煤层透气性,进而引起更大规模的突出。

    软分层的存在和煤层透气性低都是客观存在的,但是根据矿山压力的理论,巷道周围煤壁内存在着卸压带、应力集中带、原始应力带。在卸压带由于煤壁裂隙发育,透气性高,应力低,没有封闭的高压瓦斯存在,钻孔在卸压带中施工没有发生突出的动力条件,不会引发突出。所以,可以先在卸压带中施工浅钻孔,进一步释放煤体深部瓦斯,使卸压带宽度增加,应力高峰点前移。

    煤与瓦斯突出的原因主要有3条:一是存在高的地应力,二是煤体内存在高压力的瓦斯,三是煤体松软破碎、抵抗突出的阻力低。防突的基本原则也有3条:一是应力释放原理,二是瓦斯排放原理,三是煤体强度增加原理。在突出煤层中施工钻孔,本身就是改变煤层的应力状态,如果钻进速度过快,应力状态也会突然改变,打破原有的平衡状态,激化矛盾,这样有利于突出的发生。

    根据这个原理,施工钻孔时,可以先施工浅钻孔,不致引起大的应力集中。浅钻孔可以进一步释放前方煤体内的瓦斯,降低压力梯度,也可以使应力高峰点向煤体深部延伸增加卸压带宽度。

    施工完浅钻孔后,然后在浅钻孔的基础上施工深度较大的钻孔。由于浅钻孔的应力释放和瓦斯排放作用,在掘进工作面形成了一道安全屏障,再施工深部钻孔时,由于已经有了安全屏障,钻孔施工时发生的喷出被限制在钻孔内,避免大的突出发生。浅孔施工完后,如果套深孔的过程中还发生喷孔、顶钻要立即停止钻进,并且钻杆不能退出,等压力释放后方可继续钻进。对于突出非常严重的煤层,浅钻孔可以分多次完成,先打完第一遍,再打第二遍,这就是“循环浅进,逐步深入”,或者叫做“先浅孔后深孔原则”。

    浅的标准是钻进过程中不出现喷孔、顶钻。各矿煤层条件不一样,地应力大小不一样,构造也不尽相同,所以浅孔的标准要根据统计数据得出,但以钻进过程中不喷孔为原则。比如某矿施工抽放钻孔,钻孔深度在20 m以内时,不喷孔、不顶钻,超过20 m时,钻进难度大,出现卡钻、顶钻,甚至喷孔,那么,浅孔的标准就是不超过20 m。

    具体做法可以举例说明如下。比如一个煤巷掘进工作面设计20个抽放钻孔,按先浅孔后深孔的原则应先用风煤钻打完20个浅孔,然后再改用液压钻机在浅孔的基础上套打深孔。这20个浅钻孔打完需要一定时间,在打这些浅孔的过程中,浅孔范围内的瓦斯会释放,而且由于钻孔的作用,地应力也会降低,掘进工作面前方的应力高峰点也会向煤体深处转移,形成一道安全屏障,起到保护作用。

    在突出煤层中打钻,钻孔直径越大,施工越困难,对突出煤层的扰动越大,越容易引起突出,所以《防治煤与瓦斯突出规定》中要求钻孔直径以75~120 mm为宜,如果超过120 mm,要有专门施工设备和安全技术措施。考虑到施工方便,可用煤电钻施工42 mm直径浅孔,也可用风煤钻施工直径50 mm浅孔。在松软突出煤层中,由于小直径钻孔周围地应力变化和破坏范围小于大直径钻孔,发生喷孔的可能性小于大直径钻孔。小直径钻孔施工完要经过一段时间,在这段时间内,钻孔已在一定程度上释放了周围煤体的地应力和瓦斯,随后正常钻进时,也不易发生喷孔,降低了钻孔喷孔程度,甚至防止了钻孔内的突出。而且小直径浅孔施工方便,施工速度快,正式的抽放钻孔是在小直径浅孔的基础上套打。这种方法称为“先小孔后大孔”。

    若采用上述方法在施工浅孔过程中仍有喷孔现象,则可加密小钻孔,就是在原定抽放孔数量的基础上增加钻孔数量,比如设计抽放钻孔为20个,那么小钻孔可以为40个,打完40个小钻孔后,再在小钻孔基础上套打20个抽放钻孔。多出的、不用于抽放的20个小钻孔在瓦斯抽放前可用做注浆,以封闭煤体裂隙,提高钻孔抽采浓度。

    如果钻孔过程中发生喷孔,除上述方法外,还可采用“高转速、低钻压”的工艺措施。通过钻具在孔内高速转动,保证孔内反风环畅通,使孔内煤屑及时排出孔外,并释放喷出的瓦斯,降低孔内瓦斯压力,冷却钻具,同时还可以磨碎喷孔时喷出的大颗粒煤屑,通过压风能顺利带出孔外,防止卡钻事故。

    综合上述,在煤层巷道中施工顺层钻孔时,防突的基本原则是“先浅孔后深孔,先小孔后大孔”。

    上述是施工顺层钻孔防治煤与瓦斯突出的措施。但对于严重突出的单一煤层,采用条带抽采措施时,施工进度将受影响,应积极开展底板巷道穿层抽采。