新豐煤礦一5煤層突出危險性鑒定測壓設計及施工安全技術措施
中國礦業大學
鄭州廣賢工貿有限公司
2011年5月
一、工程概況
煤層瓦斯壓力是煤層瓦斯流動和湧出的最基本的參數，因此，準確測定煤層瓦斯壓力不僅對煤層瓦斯抽放具有重要意義，而且對於煤與瓦斯突出危險性預測，合理製訂防突措施等均具有十分重要的作用。測定方法有直接法、間接法兩種。直接法是利用岩石巷道由煤層頂(底)板向煤層打穿層鑽孔，然後用封孔器或其它材料封孔後直接用壓力表讀數;間接法是通過瓦斯壓力和其它有關參數之間的聯係來推斷瓦斯壓力值。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，避免發生重大的02manbetx.com ，結合本次壓力測定工作的特殊性要求，最終確定采用直接法進行測定壓力，在標高-146m八平巷區域、標高-70m抽放巷布置2個鑽場，±0m大巷區域處設計1個鑽場進行打鑽測試瓦斯壓力。
二、鑽孔設計
1.瓦斯壓力測定方案設計
(1)地質單元的劃定
根據《煤與瓦斯突出礦井鑒定規範》的要求，測壓地點應按照不同的地質單元分別進行布置，每個地質單元內在每層走向和傾向方向分別布置3個以上測點。由於新豐煤礦井田範圍較小，井田內斷層落差較小，鑒定範圍內可以按照一個地質單元考慮，即一5煤層鑒定地質單元。為準確測定煤層瓦斯壓力，使測出的壓力值能夠代表煤層的原始瓦斯壓力，在該地質單元內，對所有可能進行測壓的地點進行了篩選，要求測壓地點應選在不受斷層影響和裂隙小的地區。
(2) 測點選擇
測定地點的分布和選擇應能有效代表待鑒定采掘範圍的煤層，每個地質單元內在走向和傾向方向布置3個測壓點，根據新豐煤礦的客觀條件決定對標高-146m八平巷區域布置4個鑽場和標高-70m抽放巷布置2個鑽場，±0m大巷區域處設計1個鑽場，共7個鑽場14個上向鑽孔。測點有以下要求：
a.測定地點應優先選擇在石門或岩巷中，選擇岩性致密的地點，且無斷層、裂隙等地質構造處布置測點，其瓦斯賦存狀況要具有代表性。
b.測壓鑽孔應避開含水層、溶洞，並保證測壓鑽孔與其距離不小於50m。
c.對於測定煤層原始瓦斯壓力的測壓鑽孔應避開采動、瓦斯抽采及其他人為卸壓影響範圍，並保證測壓鑽孔與其距離不小於50m。
d.對於需要測定煤層殘存瓦斯壓力的測壓鑽孔則根據測壓的要求進行測壓地點選擇。
e.選擇測壓地點應保證測壓鑽孔有足夠的封孔深度(穿層測壓鑽孔的見煤點或順層測壓鑽孔的測壓氣室應位於巷道的卸壓圈之外)。
f.同一地點應設置兩個測壓鑽孔，其終孔見煤點或測壓氣室應在相互影響範圍外，其距離除石門測壓外應不小於20m。
g.瓦斯壓力測定地點宜選擇在進風係統，行人少且便於安設保護柵欄的地方。
每個測壓點由新豐煤礦準備2×2×3m的工作空間，保證機器和人員能夠正常工作，測壓孔的開孔位置距離煤層底板的直線距離不小於5m，測壓孔是經後岩層揭穿煤層，保證測定煤層瓦斯壓力為原始壓力。
2.鑽孔布置
標高-146m平八巷布置4個鑽場，分別為1#，2#，3#，4#,5#，6#，7#，8#此8個孔位於鑒定標高最低處，測試鑒定範圍內一5煤層標高最低位置壓力，標高-70m和±0m巷道區域布置3個鑽場9#，10#，11#，12#,13#，14#六個鑽孔布置在最低標高以上，測定鑒定範圍內最低標高以上的一5煤層壓力，以便研究煤層壓力隨標高的變化規律。所有孔均為上行孔。其布置如下圖1、圖2所示。
其中鑒定範圍如下圖四個拐點所圈定範圍的一5煤層內：
A(38406200，3800560)
B(38406200，3800750)
C(38408400, 3800700)
D(38408400，3800420)
a.鑽孔設計平麵圖
b.鑽場設計剖麵圖(方案一)
c.鑽場設計剖麵圖(方案二)
圖1 鑽場鑽孔設計圖
由上圖b可知道，本次測壓在不同巷道可根據方案一與方案二施工，方案一需要從基準巷道往下以28°角的方向往下掘進者5.9m左右的巷道，然後再從新掘進的巷道裏往上按照設計的鑽孔傾角和方位角進行打鑽;方案二則是從-70抽放巷道往裏平行進30m岩巷，然後再10°角上傾打穿一5煤層，按照設計的鑽孔傾角和方位角進行打鑽。兩個方案區別在於鑽場掘進方向及深度不同，還有就是堅定標高不同。鑽孔具體方位角和傾角見鑽孔設計參數表1所示。
圖2.鑽孔設計剖麵圖
注：以上鑽孔穿過目標煤層後進鑽0.5m即可。
三、施工技術要求
1、施工質量及技術要求
①鑽孔用清水鑽進，每次起、下鑽都必須觀察孔內情況，有異常要立即向礦方彙報。
②注漿固管後做的耐壓試驗必須符合設計壓力要求;
③鑽進過程要做好岩層、煤層、遇水等原始記錄工作;
④見煤後，進行衝孔10分鍾，保證孔底幹淨。
⑤取煤前，現場必須準備好封孔測壓所需材料。
⑥見煤後，繼續鑽進，穿過目標煤層0.5m停鑽，如煤層厚度過大，鑽入煤層3m即可。
⑦鑽進過程時，如果鑽孔湧水，及時與礦方和測壓方聯係，協商該孔處理意見，製定下步施工方案。
4、取樣要求
煤樣重量每份不低於2kg，取出煤樣用煤樣袋或蛇皮袋密封包裝，本次鑒定設計共取5份煤樣，取一5煤層揭露出，並附上標簽(取樣地點、煤層名稱、重量和取樣時間等信息)，交與測壓人員。
四、瓦斯壓力測定原理及封孔技術
煤層瓦斯壓力測定的原理是通過岩層向煤層打一穿層鑽孔，深入煤層內，通過鑽孔在煤孔內布置一根瓦斯管與外界溝通，連上瓦斯壓力表，封閉鑽孔與外界的聯係。此時，由於煤孔內的瓦斯已經向外放散，壓力較低，煤孔周圍的煤層中瓦斯向煤孔內運移，壓力逐漸增高。由於煤孔周圍的煤體體積遠大於煤孔的空間體積，煤層內的吸附瓦斯量又比遊離瓦斯量大得多，故經過一段時間的瓦斯滲流，煤孔內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的瓦斯壓力值。封孔工藝如下：
(1)到現場後，根據孔深的要求量取瓦斯管、水管和回漿測壓管。
(2)準備毛巾，大小適當，以能封住孔為準;
(3)將帶來的膠囊連接好手動試壓泵打水，再次檢查氣密性;
(4)將回漿管往膠囊的一頭擰好固定，根據孔深和膠囊長度一節一節地連接把膠囊送入孔內，一般回漿管留在孔外0.5～1m，在將回漿管送入孔內的同時，將瓦斯管、水管和回漿測壓管用卡接連接並用膠布固定其上;
(5)用手動試壓泵往膠囊裏打水，打到2.5MPa左右即可;
(6)往回漿測壓管裏打水，以便後來讀回漿壓力用;
(7)在水桶裏混合聚氨酯，要適量混合，第一團棉紗適當大點，以聚氨酯有滴下狀為宜，在聚氨酯還沒充分反應之前，用鋼管(最好是實心的，空心的前頭可用棉紗堵上)，將其搗入孔中，一般第一團距注漿管前頭1.5m為宜，然後混合第二團、第三團…直到離孔口0.5m左右;
(8)一直注漿到回漿測壓管壓力為0.2～0.3MPa，然後再注一分鍾左右，即可停止注漿;
(10)封孔完畢，整理器具。
此次所采用封孔測壓工藝示意圖如圖3-1所示。
圖5-1 封孔測壓工藝示意圖
漿液配比(質量比)：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、建立健全各項管理製度，並嚴格遵照執行，施工人員堅持集體上、下班，避免意外02manbetx.com 發生，施工人員必須佩帶安全帽、礦燈和自救器，嚴格遵守有關煤礦入井安全操作規定，認真組織學習煤礦安全知識、井下五大災害預防常識、入井注意事項和本工程施工設計及安全技術措施，熟悉避災路線。
2、在進施工現場前，做好全體施工人員的安全技術培訓，組織學習本施工組織設計和安全技術措施。培訓記錄人人簽字。
3、入井設備要嚴格進行防爆檢測，鑽探施工期間加強供電係統檢修，嚴格設備電纜失爆，保證供水、鑽探正常供電。
4、鑽孔施工受三處調度室調度，如發現異常情況應及時通知調度室，施工現場設專用電話一部。保證電話暢通，每班發現問題，施工人員必須及時與調度室彙報，並及時向礦方彙報工程進展情況。
5、鑽孔位置、方位、傾角由測量人員現場確定。
6、施工期間，每班必須安排專人跟班，落實各項安全技術措施。
7、加強電氣設備維護，杜絕失爆現象。
8、在下入套管前，現場必須配備有止漿墊，以便孔內出水及時封堵並下入套管進行控製。孔口一定要固牢，經實驗滿足設計要求後，方可施工。
9、在施工前，由防突部門對施工現場通風安全進行檢查。鑽進過程中保證施工現場通風正常，瓦斯檢測員要及時進行瓦斯測定，瓦斯濃度超出規定要求，要立即撤人。在鑽孔透孔試壓後，瓦檢員、測壓方人員要實行跟班製，即使監測現場瓦斯含量。
10、根據礦方意見，為保護巷道安全，盡量不要破壞現成的巷道，不再做與打鑽有關的輔助工程。在施工過程中，要根據鑽孔方位和傾角，調整固定鑽機的底木梁層數，必須做到鑽機固定牢固。
