[发明专利]石门及井筒揭煤突出危险性快速预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿灾害预测技术，尤其是用于石门及井筒揭煤前快速预测煤层的突出危险性的方 法。

背景技术

众所周知，目前井下进行石门及井筒揭煤过程中普遍采用的突出预测方法是综合指标法。《防 治煤与瓦斯突出细则》第32条规定：石门揭开突出煤层前，应选用综合指标法、钻屑瓦斯解吸指 标法或其它经试验证实有效的方法预测工作面突出危险性。但在实际使用中，石门及井筒揭煤使用 较多的主要还是综合指标法。

煤与瓦斯突出是一种发生在含瓦斯的软煤中的动力现象，作用力是地应力和瓦斯压力，作用的 介质是含高压瓦斯的软煤。在石门及井筒揭煤条件下，煤层是否突出与软煤内地应力，瓦斯压力及 煤体强度有关。根据煤与瓦斯突出的球壳失稳理论，突出过程中，煤体先在地应力作用下破碎，释 放出瓦斯，瓦斯再将破碎的煤体抛出，形成连续的破坏过程。煤层能否突出，主要取决于初始释放 瓦斯膨胀能，初始释放瓦斯膨胀能越大，突出危险性越大。初始释放瓦斯膨胀能代表了地应力，瓦 斯压力及煤体强度在突出过程中的作用，因此可以用初始释放瓦斯膨胀能来代替地应力，瓦斯压力 及煤体强度。通过试验，已经证实，当煤样的初始释放瓦斯膨胀能指标Wp超过43mj/g时，煤层 具有弱突出危险；当初始释放瓦斯膨胀能指标Wp超过103mj/g时，煤层具有强突出危险。

《防治煤与瓦斯突出细则》第30条规定了这种石门及井筒揭煤突出预测方法的应用步骤。当工 作面到煤层的法距在10m左右时，向前方打两个测压钻孔，测定煤层的瓦斯压力，然后打两个取芯 钻孔，用长度为300mm的取芯管或用麻花钻每隔1m采取一个煤样，测定煤样的硬度及瓦斯放散指 标，再根据测得的瓦斯压力及赋存深度等指标计算综合指标D值和K值，再与临界指标相比，若大 于临界值就预测为突出危险，否则就预测为突出威胁。(参考文献：中华人民共和国煤炭工业部制 订，《防治煤与瓦斯突出细则》，煤炭工业出版社，1995年元月，P18～P21。)这个方法的不足之 处在于:测压时间长，一般要7～10天以上，严重耽误施工工期；每隔1m采取一个煤样，有可能将 软分层煤样漏掉；所用的预测指标未经严格的科学验证，无法给出突出预测的精度。这一状况严重 地阻碍着现场对煤层的突出预测，特别是在井筒揭煤的条件下。因此煤矿现场迫切需要一套新的石 门及井筒揭煤突出危险性预测方法，能够在短期内完成对煤层的突出危险性预测工作，以便准确判 断揭煤期间是否会发生突出这种动力现象，为煤矿现场的科学管理提供依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种石门及井筒揭煤突出危险性快速预测方法，快速测定煤层的瓦斯压 力，取出煤层的完整煤芯，并进行初始释放瓦斯膨胀能测定，加快揭煤突出危险性预测过程并提高 突出危险性预测的准确性，从而为现场决策提供可靠的依据。

本发明的石门及井筒揭煤突出危险性快速预测方法，首先对巷道或井筒工作面前方煤层进行瓦 斯压力快速测定，然后用取芯装置采集煤层的完整煤芯，以确定软分层的位置并取得软分层煤样， 待完整煤芯采集结束后，将温度计通过取芯钻孔送入煤层滞留半小时后取出，读取煤层温度，最后 将采集到的软分层煤样进行初始释放瓦斯膨胀能Wp测定，并将测得的初始释放瓦斯膨胀能指标Wp 与已有的弱突出及强突出的临界值比较，即能确定石门或井筒揭开该煤层时是否会发生突出，以及 突出强度的大小。

所述的瓦斯压力测定的步骤为：

a.在巷道或井筒工作面两侧向煤层方向打一个钻孔，在钻孔内插入带有法兰盘的孔口管，用聚 氨脂或快干水泥固定，再注入掺有速凝剂的水泥浆，使得孔口管与周围岩体紧密结合为一体；

b.将钻孔钻进直至煤层，将注浆泵上的胶管与孔口管上的法兰盘连接，向钻孔中注入一定压力 的速凝水泥浆，凝固一段时间，以封堵钻孔周围的裂隙；

c.沿着原先的钻孔钻进，直至深入煤层一定的深度；

d.用压风管清除钻孔内的煤屑；

e.用中间管向钻孔中送入前后两个封孔胶囊，迅速用水压泵12往两个封孔胶囊中注入压力水， 使前后两个封孔胶囊膨胀，封住钻孔；

f.用粘液泵向前后两个胶囊之间注入粘液；

g.在穿过两个封孔胶囊的中间管外端接上瓦斯压力表；

h.保持水压泵一定的压力，并大于粘液泵的压力0.5Mpa；保持粘液泵一定的压力，并大于瓦 斯压力表上的压力0.5Mpa；