新豐煤礦一5煤層突出危險(xiǎn)性鑒定測(cè)壓設(shè)計(jì)及施工安全技術(shù)措施
新豐煤礦一5煤層突出危險(xiǎn)性鑒定測(cè)壓設(shè)計(jì)及施工安全技術(shù)措施
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
鄭州廣賢工貿(mào)有限公司
2011年5月
一、工程概況
煤層瓦斯壓力是煤層瓦斯流動(dòng)和涌出的最基本的參數(shù)，因此，準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力不僅對(duì)煤層瓦斯抽放具有重要意義，而且對(duì)于煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，合理制訂防突措施等均具有十分重要的作用。測(cè)定方法有直接法、間接法兩種。直接法是利用巖石巷道由煤層頂(底)板向煤層打穿層鉆孔，然后用封孔器或其它材料封孔后直接用壓力表讀數(shù);間接法是通過瓦斯壓力和其它有關(guān)參數(shù)之間的聯(lián)系來推斷瓦斯壓力值。為確保新豐煤礦一5煤層開采安全，掌握煤層瓦斯賦存情況，避免發(fā)生重大的事故，結(jié)合本次壓力測(cè)定工作的特殊性要求，最終確定采用直接法進(jìn)行測(cè)定壓力，在標(biāo)高-146m八平巷區(qū)域、標(biāo)高-70m抽放巷布置2個(gè)鉆場(chǎng)，±0m大巷區(qū)域處設(shè)計(jì)1個(gè)鉆場(chǎng)進(jìn)行打鉆測(cè)試瓦斯壓力。
二、鉆孔設(shè)計(jì)
1.瓦斯壓力測(cè)定方案設(shè)計(jì)
(1)地質(zhì)單元的劃定
根據(jù)《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》的要求，測(cè)壓地點(diǎn)應(yīng)按照不同的地質(zhì)單元分別進(jìn)行布置，每個(gè)地質(zhì)單元內(nèi)在每層走向和傾向方向分別布置3個(gè)以上測(cè)點(diǎn)。由于新豐煤礦井田范圍較小，井田內(nèi)斷層落差較小，鑒定范圍內(nèi)可以按照一個(gè)地質(zhì)單元考慮，即一5煤層鑒定地質(zhì)單元。為準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯壓力，使測(cè)出的壓力值能夠代表煤層的原始瓦斯壓力，在該地質(zhì)單元內(nèi)，對(duì)所有可能進(jìn)行測(cè)壓的地點(diǎn)進(jìn)行了篩選，要求測(cè)壓地點(diǎn)應(yīng)選在不受斷層影響和裂隙小的地區(qū)。
(2) 測(cè)點(diǎn)選擇
測(cè)定地點(diǎn)的分布和選擇應(yīng)能有效代表待鑒定采掘范圍的煤層，每個(gè)地質(zhì)單元內(nèi)在走向和傾向方向布置3個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，根據(jù)新豐煤礦的客觀條件決定對(duì)標(biāo)高-146m八平巷區(qū)域布置4個(gè)鉆場(chǎng)和標(biāo)高-70m抽放巷布置2個(gè)鉆場(chǎng)，±0m大巷區(qū)域處設(shè)計(jì)1個(gè)鉆場(chǎng)，共7個(gè)鉆場(chǎng)14個(gè)上向鉆孔。測(cè)點(diǎn)有以下要求：
a.測(cè)定地點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先選擇在石門或巖巷中，選擇巖性致密的地點(diǎn)，且無斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造處布置測(cè)點(diǎn)，其瓦斯賦存狀況要具有代表性。
b.測(cè)壓鉆孔應(yīng)避開含水層、溶洞，并保證測(cè)壓鉆孔與其距離不小于50m。
c.對(duì)于測(cè)定煤層原始瓦斯壓力的測(cè)壓鉆孔應(yīng)避開采動(dòng)、瓦斯抽采及其他人為卸壓影響范圍，并保證測(cè)壓鉆孔與其距離不小于50m。
d.對(duì)于需要測(cè)定煤層殘存瓦斯壓力的測(cè)壓鉆孔則根據(jù)測(cè)壓的要求進(jìn)行測(cè)壓地點(diǎn)選擇。
e.選擇測(cè)壓地點(diǎn)應(yīng)保證測(cè)壓鉆孔有足夠的封孔深度(穿層測(cè)壓鉆孔的見煤點(diǎn)或順層測(cè)壓鉆孔的測(cè)壓氣室應(yīng)位于巷道的卸壓圈之外)。
f.同一地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置兩個(gè)測(cè)壓鉆孔，其終孔見煤點(diǎn)或測(cè)壓氣室應(yīng)在相互影響范圍外，其距離除石門測(cè)壓外應(yīng)不小于20m。
g.瓦斯壓力測(cè)定地點(diǎn)宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少且便于安設(shè)保護(hù)柵欄的地方。
每個(gè)測(cè)壓點(diǎn)由新豐煤礦準(zhǔn)備2×2×3m的工作空間，保證機(jī)器和人員能夠正常工作，測(cè)壓孔的開孔位置距離煤層底板的直線距離不小于5m，測(cè)壓孔是經(jīng)后巖層揭穿煤層，保證測(cè)定煤層瓦斯壓力為原始?jí)毫Α?/p>
2.鉆孔布置
標(biāo)高-146m平八巷布置4個(gè)鉆場(chǎng)，分別為1#，2#，3#，4#,5#，6#，7#，8#此8個(gè)孔位于鑒定標(biāo)高最低處，測(cè)試鑒定范圍內(nèi)一5煤層標(biāo)高最低位置壓力，標(biāo)高-70m和±0m巷道區(qū)域布置3個(gè)鉆場(chǎng)9#，10#，11#，12#,13#，14#六個(gè)鉆孔布置在最低標(biāo)高以上，測(cè)定鑒定范圍內(nèi)最低標(biāo)高以上的一5煤層壓力，以便研究煤層壓力隨標(biāo)高的變化規(guī)律。所有孔均為上行孔。其布置如下圖1、圖2所示。
其中鑒定范圍如下圖四個(gè)拐點(diǎn)所圈定范圍的一5煤層內(nèi)：
A(38406200，3800560)
B(38406200，3800750)
C(38408400, 3800700)
D(38408400，3800420)
a.鉆孔設(shè)計(jì)平面圖
b.鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)剖面圖(方案一)
c.鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)剖面圖(方案二)
圖1 鉆場(chǎng)鉆孔設(shè)計(jì)圖
由上圖b可知道，本次測(cè)壓在不同巷道可根據(jù)方案一與方案二施工，方案一需要從基準(zhǔn)巷道往下以28°角的方向往下掘進(jìn)者5.9m左右的巷道，然后再?gòu)男戮蜻M(jìn)的巷道里往上按照設(shè)計(jì)的鉆孔傾角和方位角進(jìn)行打鉆;方案二則是從-70抽放巷道往里平行進(jìn)30m巖巷，然后再10°角上傾打穿一5煤層，按照設(shè)計(jì)的鉆孔傾角和方位角進(jìn)行打鉆。兩個(gè)方案區(qū)別在于鉆場(chǎng)掘進(jìn)方向及深度不同，還有就是堅(jiān)定標(biāo)高不同。鉆孔具體方位角和傾角見鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表1所示。
圖2.鉆孔設(shè)計(jì)剖面圖
注：以上鉆孔穿過目標(biāo)煤層后進(jìn)鉆0.5m即可。
三、施工技術(shù)要求
1、施工質(zhì)量及技術(shù)要求
?、巽@孔用清水鉆進(jìn)，每次起、下鉆都必須觀察孔內(nèi)情況，有異常要立即向礦方匯報(bào)。
?、谧{固管后做的耐壓試驗(yàn)必須符合設(shè)計(jì)壓力要求;
?、坫@進(jìn)過程要做好巖層、煤層、遇水等原始記錄工作;
?、芤娒汉?，進(jìn)行沖孔10分鐘，保證孔底干凈。
⑤取煤前，現(xiàn)場(chǎng)必須準(zhǔn)備好封孔測(cè)壓所需材料。
?、抟娒汉螅^續(xù)鉆進(jìn)，穿過目標(biāo)煤層0.5m停鉆，如煤層厚度過大，鉆入煤層3m即可。
?、咩@進(jìn)過程時(shí)，如果鉆孔涌水，及時(shí)與礦方和測(cè)壓方聯(lián)系，協(xié)商該孔處理意見，制定下步施工方案。
4、取樣要求
煤樣重量每份不低于2kg，取出煤樣用煤樣袋或蛇皮袋密封包裝，本次鑒定設(shè)計(jì)共取5份煤樣，取一5煤層揭露出，并附上標(biāo)簽(取樣地點(diǎn)、煤層名稱、重量和取樣時(shí)間等信息)，交與測(cè)壓人員。
四、瓦斯壓力測(cè)定原理及封孔技術(shù)
煤層瓦斯壓力測(cè)定的原理是通過巖層向煤層打一穿層鉆孔，深入煤層內(nèi)，通過鉆孔在煤孔內(nèi)布置一根瓦斯管與外界溝通，連上瓦斯壓力表，封閉鉆孔與外界的聯(lián)系。此時(shí)，由于煤孔內(nèi)的瓦斯已經(jīng)向外放散，壓力較低，煤孔周圍的煤層中瓦斯向煤孔內(nèi)運(yùn)移，壓力逐漸增高。由于煤孔周圍的煤體體積遠(yuǎn)大于煤孔的空間體積，煤層內(nèi)的吸附瓦斯量又比游離瓦斯量大得多，故經(jīng)過一段時(shí)間的瓦斯?jié)B流，煤孔內(nèi)的瓦斯壓力逐漸接近煤層的原始瓦斯壓力，從外部的壓力表上可以讀出煤孔內(nèi)的瓦斯壓力值。封孔工藝如下：
(1)到現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)孔深的要求量取瓦斯管、水管和回漿測(cè)壓管。
(2)準(zhǔn)備毛巾，大小適當(dāng)，以能封住孔為準(zhǔn);
(3)將帶來的膠囊連接好手動(dòng)試壓泵打水，再次檢查氣密性;
(4)將回漿管往膠囊的一頭擰好固定，根據(jù)孔深和膠囊長(zhǎng)度一節(jié)一節(jié)地連接把膠囊送入孔內(nèi)，一般回漿管留在孔外0.5～1m，在將回漿管送入孔內(nèi)的同時(shí)，將瓦斯管、水管和回漿測(cè)壓管用卡接連接并用膠布固定其上;
(5)用手動(dòng)試壓泵往膠囊里打水，打到2.5MPa左右即可;
(6)往回漿測(cè)壓管里打水，以便后來讀回漿壓力用;
(7)在水桶里混合聚氨酯，要適量混合，第一團(tuán)棉紗適當(dāng)大點(diǎn)，以聚氨酯有滴下狀為宜，在聚氨酯還沒充分反應(yīng)之前，用鋼管(最好是實(shí)心的，空心的前頭可用棉紗堵上)，將其搗入孔中，一般第一團(tuán)距注漿管前頭1.5m為宜，然后混合第二團(tuán)、第三團(tuán)…直到離孔口0.5m左右;
(8)一直注漿到回漿測(cè)壓管壓力為0.2～0.3MPa，然后再注一分鐘左右，即可停止注漿;
(10)封孔完畢，整理器具。
此次所采用封孔測(cè)壓工藝示意圖如圖3-1所示。
圖5-1 封孔測(cè)壓工藝示意圖
漿液配比(質(zhì)量比)：水、水泥和輔料比為1：0.8：0.2，需要礦方提供材料如表2所示。
1、建立健全各項(xiàng)管理制度，并嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行，施工人員堅(jiān)持集體上、下班，避免意外事故發(fā)生，施工人員必須佩帶安全帽、礦燈和自救器，嚴(yán)格遵守有關(guān)煤礦入井安全操作規(guī)定，認(rèn)真組織學(xué)習(xí)煤礦安全知識(shí)、井下五大災(zāi)害預(yù)防常識(shí)、入井注意事項(xiàng)和本工程施工設(shè)計(jì)及安全技術(shù)措施，熟悉避災(zāi)路線。
2、在進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)前，做好全體施工人員的安全技術(shù)培訓(xùn)，組織學(xué)習(xí)本施工組織設(shè)計(jì)和安全技術(shù)措施。培訓(xùn)記錄人人簽字。
3、入井設(shè)備要嚴(yán)格進(jìn)行防爆檢測(cè)，鉆探施工期間加強(qiáng)供電系統(tǒng)檢修，嚴(yán)格設(shè)備電纜失爆，保證供水、鉆探正常供電。
4、鉆孔施工受三處調(diào)度室調(diào)度，如發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)通知調(diào)度室，施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專用電話一部。保證電話暢通，每班發(fā)現(xiàn)問題，施工人員必須及時(shí)與調(diào)度室匯報(bào)，并及時(shí)向礦方匯報(bào)工程進(jìn)展情況。
5、鉆孔位置、方位、傾角由測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)確定。
6、施工期間，每班必須安排專人跟班，落實(shí)各項(xiàng)安全技術(shù)措施。
7、加強(qiáng)電氣設(shè)備維護(hù)，杜絕失爆現(xiàn)象。
8、在下入套管前，現(xiàn)場(chǎng)必須配備有止?jié){墊，以便孔內(nèi)出水及時(shí)封堵并下入套管進(jìn)行控制?？卓谝欢ㄒ汤?，經(jīng)實(shí)驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求后，方可施工。
9、在施工前，由防突部門對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)安全進(jìn)行檢查。鉆進(jìn)過程中保證施工現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)正常，瓦斯檢測(cè)員要及時(shí)進(jìn)行瓦斯測(cè)定，瓦斯?jié)舛瘸鲆?guī)定要求，要立即撤人。在鉆孔透孔試壓后，瓦檢員、測(cè)壓方人員要實(shí)行跟班制，即使監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯含量。
10、根據(jù)礦方意見，為保護(hù)巷道安全，盡量不要破壞現(xiàn)成的巷道，不再做與打鉆有關(guān)的輔助工程。在施工過程中，要根據(jù)鉆孔方位和傾角，調(diào)整固定鉆機(jī)的底木梁層數(shù)，必須做到鉆機(jī)固定牢固。
