[发明专利]一种快速石门揭煤工艺及防突方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及石门快速揭煤技术，尤其是用于石门揭煤前煤与瓦斯突出危险性预测及防治石门揭煤工作面煤与瓦斯突出的方法。

【背景技术】

煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中的一种严重自然灾害，发生时能摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统，使煤岩和瓦斯大量涌出，冲击伤人，煤流埋人，瓦斯造成人员窒息，甚至导致严重的瓦斯和煤尘爆炸，造成生产中断、人员伤亡等巨大损失。

石门揭煤，即石门自底(顶)板岩层与煤层法线距离10m外开始，进入或穿过突出煤层顶(底)板(法线距离大于2m)的全部作业过程。在煤与瓦斯突出中，石门揭煤的突出危险性最大，突出强度也最高，石门揭煤因其自身特性，通常是在新矿井基建或新水平、新采区开拓还未被揭露的煤层，其瓦斯压力、应力均处于原始状态，揭穿这些煤层时，工作面由坚硬的煤层突然进入较松软的煤层，工作面前方应力集中范围易发生突变，这些都为煤与瓦斯突出的发生创造了必要且有利的条件。据统计，石门揭煤发生突出次数比其他巷道高40倍，比回采工作面高100倍以上，因此，石门揭煤最容易发生煤与瓦斯突出。石门揭煤发生突出的特点是强度大、瓦斯量大、波及面广，对井下的破坏作用大，危害严重。

煤与瓦斯突出是一种多因素共同作用产生的复杂动力现象，在石门揭煤的实际工作中，不应单独运用一个指标进行突出预测，因为一个指标的测定受很多因素的影响而很难测准，而且对同一突出煤层的不同地点该指标也是不一样的，单用一个指标判断往往带有很大的偶然性，是很难准确预测其危险性，且易造成判断失误，故在石门揭煤中必须考虑多因素共同作用效应。

我国近距离煤层群分布广泛。贵州省绝大部分地区煤层层数多，主采煤层层数为3～20层；可采煤层厚度变化大(0.57～3.7m)，煤层层间距小，且多属高瓦斯(10～39.89m³/t)低透气性(8.7×10^-6mD)煤层。在我国的其他矿区，如平顶山矿区、新汶矿区、淮南矿区、大同矿区也存在高瓦斯低透气性近距离煤层群。采用石门联系各煤层开采，石门揭煤次数多，石门揭煤防治煤与瓦斯突出工作量大。按照《防治煤与瓦斯突出规定》(以下简称《防突规定》)和《石门揭穿煤与瓦斯突出煤层程序技术条件》(MT/T955-2005)的规定，一次石门揭煤(包括打钻测压、预抽煤层瓦斯等)至少需花费2～3个月的时间。揭煤所需时间长，将直接影响生产矿井的采掘接替和新建矿井的建设进度。针对贵州省一些煤矿来说，掘进一条石门需穿几层甚至十几层可采煤层，各个煤层均不同程度的具有煤与瓦斯突出危险性，如果严格按照《防突规定》和《石门揭穿煤与瓦斯突出煤层程序技术条件》的要求揭煤，则施工一条石门就需要2～3年的时间。可见，研究和寻找一种既安全又十分快速的揭煤工艺和方法非常重要，且可以说迫在眉睫。

目前，国内外石门揭煤防突技术存在的主要问题如下所述：

(1)按《石门揭穿煤与瓦斯突出煤层程序技术条件》，揭煤前必须进行突出煤层的瓦斯压力测定工作，目前受国内外测压技术及设备局限，在保证测定煤层瓦斯压力结果的前提下，采用直接法测压所需时间较长。因此，在不影响揭煤作业的情况下实现煤层瓦斯压力测定是实现快速揭煤的前提。

(2)在突出煤层不具备直接测压的情况下，可以采用测定煤层瓦斯含量来预测煤层突出危险性。2009年8月，《防突规定》的实施，已明确将煤层瓦斯含量作为煤层突出危险性预测的一项重要指标。但煤层瓦斯含量的大小和分布受到煤演化程度、地质作用、埋藏深度等因素的综合影响，难以准确进行测定。为了实现快速测得煤层瓦斯含量，近年来，一些科研单位也进行了不同程度的研究，目前有中煤科工重庆研究院研制的DGC瓦斯含量直接测定装置和沈阳研究院(原煤科总院抚顺分院)研发的WP-1瓦斯含量快速测定仪等。其中，DGC瓦斯含量直接测定装置包括瓦斯损失量的推算、煤芯瓦斯解吸量的测定、粉碎瓦斯解吸量的测定及常压残存量计算等步骤，其所用时间相对较长、工序繁琐，但可以保证测定的准确性；WP-1瓦斯含量快速测定仪根据煤样瓦斯解吸速度随时间变化符合幂函数关系计算瓦斯含量，其所用时间较短、工序简单，但测定结果准确性有待提高。因此，对所需时间短、工序简单，且能保证工业性需求和科学研究的瓦斯含量快速测定方法研究是非常必要的。

(3)按现阶段揭煤工艺及技术要求，石门揭煤工作面掘进过程中，经预测有煤与瓦斯突出危险性才采取抽排放瓦斯措施，中间需等待的时间较长。意识到此点，进行突出煤层石门揭煤前瓦斯提前预抽及巷帮截流技术研究是必须的。