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固化法防突石门揭煤技术研究

文档作者：周坚高，徐西亮文档来源：淮南职业技术学院		点击数：	更新时间： 2022年08月31日
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能源技术与管理 2011年第3期
doi：10 3969／j．issn．1672—9943．2011．03．013
固化法防突石门褐煤枚 研究
周坚高，徐西亮
(淮南职业技术学院，安徽淮南232035)
[摘要] 通过固化防突技术石门揭煤的可行性分析，经现场试验，得出向突出危险煤层压注
固化剂，提高了煤体强度，增强了卸压区煤体强度，消弱了瓦斯潜能的释放，真正实
现了安全快速揭煤。
[关键词] 固化防突；石门揭煤；措施选择；注浆固化
[中图分类号]TD713[文献标识码]B [文章编号]
0 引 言 2 固化防突技术石门揭煤的可行性分析
石门揭开突出危险煤层，是煤炭生产企业在
巷道掘进过程中一项十分危险又不得不面对的工
作。目前石门揭煤常用的防突措施有超前钻孔卸
压、预抽排瓦斯、水力冲孔、金属骨架等。这些措施
虽对突出起到了一定的防治作用，但没有从根本
上考虑在突出中起决定作用的煤体强度和瓦斯释
放条件，而只是着眼于煤岩弹性能和瓦斯潜能的
释放。
常规的防突措施一般都使煤体受到不同程度
的破坏，降低了煤体的自身承载能力和对突出的
抵御作用，对松软煤层或地质构造破碎带，影响更
为严重，而这些区域正是突出的多发区。
1 固化防突技术石门揭煤的意义
固化防突技术可以克服常规措施的不足，它
是通过向煤层中压人性能适宜的固化剂，使其渗
入到煤层中的裂隙和孔隙。
经过固化充填，第一方面，可提高煤体强度，
增大煤体自身承载能力，使外部煤体阻滞突出的
作用得以加强；第二方面，由于固化充填封闭了煤
层内的裂隙和孔隙，在煤、瓦斯平衡体系遭到突然
破坏时，可阻滞煤层内的吸附瓦斯在瞬间内突然
释放，降低瓦斯潜能向突出动能的转化；第三方
面，通过固化，掘进巷道顶板支护可以显著改善。
固化前，煤体破碎，极易造成顶板垮落，甚至冒顶，
巷道顶板支护十分困难。煤体固化后，巷道周边的
固化圈已成为较为稳固的柔性结合体，具有较好
的稳定性，施工时不会立即垮落，给顶板支护赢得
了宝贵的时间。另外，煤层经过固化处理后，揭煤
时间可以大大缩短。
所谓固化防突，就是向松软煤体中压注适应
煤层特性的固化液，使其在一定压力下，渗透于煤
体裂隙和孔隙之中，使煤的内表面形成粘合胶结，
改变煤的不均质性，提高煤体强度和自身承载能
力，增加煤与瓦斯突出时的阻力。同时封闭和凝固
固化范围内的瓦斯，减缓或阻止压缩的瓦斯势能
转变为动能，而使瓦斯潜能钝化，从而达到防突的
目。首先，沿巷道周边在煤层中打若干穿透煤层的
压注钻孔，从打钻开始到压注固化液期间，钻孔周
围的瓦斯得到较长时间的自然排放，在压注固化
液时，固化液挤压瓦斯而占据其孔隙，使瓦斯从相
邻钻孔排出，削弱了瓦斯在煤层突出中的作用。其
次，送入钻孔的注液管路起到了金属骨架的作用，
超前支护巷道，增强巷道的支护强度。再次，压注
的固化液使钻孔切割后的煤体及附近煤体固化胶
结为一个整体，提高了煤体自身的承载能力，同时
固化液把注液管与钻孑L的孔壁紧紧地固结在一
起，成为一组全长锚固的“大锚杆”，有效的加固了
巷道周边的煤层。在具有突出危险l生的煤层中，由
于充满高压瓦斯的裂隙和孔隙的存在，使煤体强
度降低，当煤层压注固化液后，固化液进入和充填
这些裂隙和孔隙，可相应的提高煤体强度，从而提
高煤体抵抗外载荷的能力，减少其突出危险性。
3 现场试验
3．1 概述
安徽淮南潘一矿是淮南矿业集团公司第一座
大型现代化矿井，属于典型的高瓦斯突出矿井。
13—1煤层是潘一矿的主采煤层之一，煤厚4．8～
7．5 m，瓦斯含量达到了15 m3／t左右，严重制约了
2011年第3期 周坚高，等固化法防突石门揭煤技术研究 29
掘进的单进水平，平均月进仅90 m左右。
3．2 突出危险性预测
经测试可知13—1煤层有严重的突出危险，揭
开煤层前必须采取防突措施来消除突出危险性。
3．3 防突措施的选择
由于突出煤层是强度非常低的软分层，且煤
层是不均质体，受不同的节理、层理等方面的影
响，其不同方向的强度是不相等的，这些界面的破
坏往往更有利于突出的发生和发展。因此，从增强
煤体强度的角度出发，采取固化煤体的方法来预
防煤与瓦斯突出。
3．4 注浆固化施工工艺
注浆工艺流程如图1所示。
『材料、仪器下井l
● ●
J施工现场准备I 『施：I=仪器准备I
I I
风源、水和清洗剂的准备I l高压管、风动泵及枪的检查
I
仪器连接与冲洗
●
封 L及注浆
l
换 L注浆、冲洗管路和混合枪
I
用油和水清洗多功能泵和枪
I
施1：完毕关闭风源及清理现场
图1 注浆工艺流程
3．5 煤体固化后的效果
原本松散、碎粒状的煤体，固化后成为软绵状
的结合体，其整体性明显加强；由于煤体中高压注
入大量固化剂，渗透到煤体裂隙中，固化后，堵塞
了煤体中的裂隙、孔隙，从而阻断了瓦斯涌出通
道，致使掘进工作面瓦斯涌出量显著下降；煤体固
化后，巷道周边的固化圈已成为较为稳固的柔性
结合体，具有较好的稳定性，施工时不会立即垮
落，给顶板支护赢得了宝贵的时间。
3．6 防突措施效果检验
根据《防治煤与瓦斯防突细则》要求，防治突
出措施实施必须采取效果检验，待全部固化工作
结束4 h后，对固化区域的煤体进行防突效果检
验。检查孔数为4个，其中巷道中间1个(位于测
压孔之间)，其它3个孔位于巷道上部和两侧，终
孔位置位于措施控制范围的边缘线上。若检验结
果，各项指标值均在突出危险陛临界值以下，可确
认防突措施有效，否则必须采取补救措施，直到解
除工作面突出危险性。
本次试验采用钻屑指标法(最大钻屑量和钻
屑瓦斯解吸指标)进行效果检验。在倾斜煤层和急
倾斜煤层煤巷中，沿工作面打两个预测钻孑L；在缓
倾斜煤层中，则需要打3个预测钻孑L，钻孔孔径为
42 mm，深为8—10 m，钻孑L分布如图2所示。
图2 钻屑指标法的钻孔布置图
钻孔每打1 m，测定钻屑量一次，钻孔每打2 m，
需测定一次钻屑解吸指标。根据每个钻孔沿孔长
每米最大的钻屑量s～ 和钻屑瓦斯解吸指标／th
来预测工作面的突出危险眭。
突出的临界值为：Js， 6 kg／m或S～=5．4 L／m，
A hz=200 Pa。所有指标只要有一项超限，则视为有
突出危险。
防突措施完成后，经检验各项指标都不超限，
亦即煤层已消除突出危险性，便可按照规程进行
揭煤。
4 结语
通过对潘一矿的现场试验，可以得出如下结
论：①向突出危险煤层压注固化剂，提高了煤体强
度，增强了卸压区煤体防突出的能力；同时由于固
化液充填固化了煤层中的裂隙和孔隙，降低了煤
层的孔隙率，减缓了吸附瓦斯向游离瓦斯的转化，
减少了参与突出的瓦斯量，从根本上消弱了瓦斯
潜能的释放。②煤层经固化处理后，石门揭煤时间
仅为原揭煤时间的三分之一甚至更短，真正实现
了安全陕速揭煤。③固化防突措施具有工艺简单，
适应性广，经济合理，安全可靠，用时少，效率高的
优点。④ 由试验现场得出的结论成功验证了固化
防突的原理和数值模拟的结果的正确性，表明固
化防突是石门揭煤的一种有效的防突措施。
[参考文献]
[1]孙家斌，孙贤斌．芦岭煤矿特厚低透气性煤层瓦斯综
合治理技术与实践[J]．矿业安全与环保，2OOO(8)
[作者简介]
周坚高(1954一)，男，安徽南陵人，高级讲师，现在淮南
职业技术学院主要从事矿井通风与安全相关的教学与研
究工作。 [收稿日期：2010—10-29]

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