極復雜地質條件下石門揭煤方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種石門揭煤方法，尤其涉及一種極復雜地質條件下石門揭煤方法。【背景技術】
[0002] 在全國煤礦所發(fā)生的各類突出事故中，石門揭煤工作面所發(fā)生的平均突出強度最 大，高達316t/次；在我國發(fā)生的突出噸數達到千噸以上的特大型突出事故中，石門揭煤工 作面所發(fā)生的突出比例高達77%。由于石門揭煤突出強度大，波及范圍廣，造成的破壞嚴 重，能給礦井帶來毀滅性的災難，石門揭煤已經成為煤礦安全生產過程中的難點和采掘部 署的瓶頸工程。
[0003] 目前我國石門揭煤工程主要存在兩大難題：一個是傳統(tǒng)揭煤技術側重于安全角 度而存在揭煤速度慢，揭煤時間長的問題；另一個是防治措施不到位而導致安全性不足。由 于揭煤過程復雜，揭煤過程需要的時間長，平均揭煤時間達到110~257天。目前石門揭 煤方法都是基于地應力、瓦斯壓力和煤巖強度綜合作用突出機理出發(fā)，提出諸多石門揭煤 防突方法在煤層卸壓增透方面主要有水力沖孔、松動爆破和水力割縫等措施，在煤體加固 方面主要有金屬骨架和注漿加固等措施，這些措施在防突工作中取得了一定成效，但也存 在很大的局限性。水力割縫等措施能有效卸除地應力和瓦斯壓力，但同時破壞了煤體完整 性，煤巖整體強度降低，甚至在煤層中形成較大孔洞，形成"瓦斯包"，形成潛在的瓦斯爆炸 源，因此，迫切需要一種技術可行、安全可靠、快速有效的揭煤技術，既能提高揭煤速度、減 少措施工程量、縮短工期，又能節(jié)約成本、緩解安全投入的壓力。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種技術可行、安全可靠、快速有效 的極復雜地質條件下石門揭煤方法。
[0005] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：極復雜地質條件下石門揭煤方 法，包括以下步驟： (1) 對地質進行情況分析：判斷該地質是否屬于極復雜煤層，然后將極復雜煤層劃分為 I、II、III三類等級，并對應設計施工方案； (2) 對沖孔標準設計：I類等級、II類等級和III類等級設計沖孔出煤體積分別占總控制 體積的2%、3%和4% ; (3) 概算水力沖孔參數； (4) 對極復雜地質條件下煤層進行石門揭煤作業(yè)。
[0006] 所述步驟（4)的具體步驟如下： a在煤礦井下的底板抽采巷施工穿層鉆孔，進行水力沖孔作業(yè)，并記錄鉆孔深度、煤層 厚度以及沖出煤量； b使用封孔管對鉆孔進行探孔作業(yè)，探孔作業(yè)時發(fā)現(xiàn)有塌孔位置，利用鉆機將塌孔位置 通透順孔； C根據鉆孔深度及煤層厚度設計并安裝充填裝置的長度、上排氣孔位置、下排氣孔位置 以及充填注料位置； d將預先安裝好的混合攪拌裝置以及黑料注入管和白料注入管的充填裝置安裝到鉆孔 設定位置； e安裝完成后，檢查注入管路與雙液注漿栗是否完好；f使用注水泥漿對鉆孔進行封孔； g根據沖出煤量計算固特捷黑料和固特捷白料的用量，利用雙液注漿栗將固特捷黑料 和固特捷白料分別經黑料注入管和白料注入管進入混合攪拌裝置后注入鉆孔的孔洞中； h注料完成后，拆下黑料注入管和白料注入管，用清水清洗雙液注漿栗、黑料注入管和 白料注入管； i重復步驟（2)到步驟h進行下一鉆孔的施工，并在鉆孔周圍施工抽采鉆孔，將抽采鉆 孔封孔并進行聯(lián)抽作業(yè)。
[0007] 所述的地質評價等級的劃分如表一所示：
所述的構造復雜指I
其中：^為煤層傾角復雜指數，
媒層最小傾角和最大傾角；Kg為 褶皺復雜程度系數
為石門區(qū)域內某等高 線的長度，：:||為該等高線在該區(qū)間的兩端距離，n為統(tǒng)計的等高線個數；為斷層復雜程 度系數，
，斷層落差，L為斷層延伸長度，S為統(tǒng)計面積。
[0008] 概算水力沖孔數目包括預測單孔出煤體積％和推算總沖孔數目M，
式中h為平均煤厚，b為沖孔孔洞橢球體短半軸，沖孔孔洞的形狀為橢 球體，I、II、111類煤分別取3d、3. 5d、4d，d為鉆孔直徑
V為控制煤總體積；a為 沖孔出煤標準，a的取值在I、II、111類煤分別取2%、3%、4%。
[0009] 填裝置包括封孔管、黑料注入管、白料注入管、混合攪拌裝置和雙液注漿栗，黑料 注入管、白料注入管和混合攪拌裝置均設在封孔管內部，雙液注漿栗的兩個出料口分別與 黑料注入管和白料注入管的進料口連接，黑料注入管和白料注入管的出料口均與混合攪拌 裝置的進料口連接，封孔管上部自上而下依次分別設有上排氣孔、充填注料孔和下排氣 孔。
[0010] 計算固特捷黑料和固特捷白料用量利用下面公式計算：
，式中％為固特捷黑料及固特捷白料用量之和，為水力沖孔出煤量肩霖為煤的視密度，K為注漿料反應后膨脹系數，K取值20。
[0011] 混合攪拌裝置包括三通管和攪拌器，三通管的兩個分支管分別連接黑料注入管和 白料注入管，攪拌器設在三通管的主管內部，攪拌器由攪拌軸和設在攪拌軸上的螺旋葉片 組成，三通管的主管通過充填注料孔伸入到沖孔孔洞內。
[0012] 采用上述技術方案，本發(fā)明具有以下有益效果：通過對石門實施鉆孔、水力沖孔、 孔洞充填等措施解決了現(xiàn)有技術無法解決的極復雜地質情況下石門揭煤周期長，危險性高 揭煤困難等問題，避免了沖孔孔洞內瓦斯積聚、煤層應力失衡，大大的降低了瓦斯災害發(fā)生 概率，實現(xiàn)了技術可行、安全可靠、快速有效的揭煤。另外，黑料注入管和白料注入管嚴禁混 合使用，防止在管內發(fā)生反應堵塞管路。
[0013] 綜上所述，本發(fā)明結構簡單、操作方便、技術可行、安全可靠和快速有效。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明施工的結構示意圖； 圖2是圖1中充填裝置的放大圖； 圖3是涂2中混合攪拌裝置示意圖； 圖中附圖標記分別為：1為鉆孔；2為封孔管；3為上排氣孔；4為下排氣孔；5為充填注 料孔；6為沖孔孔洞；7為白料注入管；8為黑料注入管；9為注水泥漿封孔段；10為注漿管； 11為雙液注漿栗；12為固特捷封孔段；13為混合攪拌裝置；14為三通管；15為攪拌器；16 為抽采篩管；17為抽采鉆孔；18為抽采管；19為底板抽采巷；20為已掘石門巷道；21為未 掘石門巷道；22為煤層；23為固特捷充填體；24為充填裝置。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖1~3所示對極復雜地質條件下石門揭煤方法進行進一步說明，本實 例中煤層22埋深700m，已掘石門巷道20已經掘進到距離煤層22十五米處，勘探數據表明 該處有褶曲，且小斷層發(fā)育，構造復雜指數K=0. 13,煤層22厚度變異系數為73%，屬于極不 穩(wěn)定煤層，瓦斯含量為在13. 94~27. 18m3/t之間，瓦斯壓力為1.35MPa，屬于煤與瓦斯突 出危險區(qū)，為實現(xiàn)快速揭煤，本發(fā)明采用如下步驟： (1) 對地質進行情況分析，根據勘探結果與瓦斯賦存情況確定該處為II類極復雜煤層， 設計沖孔出煤占控制煤總體積的3%，約為40. 5m3,鉆孔1直徑為0.lm; (2) 在底板抽采巷19中的未掘石門巷道21向上施工穿層沖孔鉆孔1，進行水力沖孔作 業(yè)，形成沖孔孔洞6并記錄鉆孔1長度25m、煤段長度3. 2m以及沖出煤量5t ;沖孔孔洞6為 橢球體形狀，沖孔孔洞6短半軸b為0. 35m，單孔預測出煤量為1. 5m3,計算水力沖孔鉆孔1 數目m=26個； (3) 使用封孔管2對鉆孔1進行探孔作業(yè)，探孔作業(yè)時發(fā)現(xiàn)有塌孔位置，利用鉆機將塌 孔位置通透順孔； (4) 根據鉆孔1的深度及煤層22的厚度設計充填裝置24,并根據設計在充填裝置24 中的封孔管2上部自上而下依次開設上排氣孔3、充填注料孔5和下排氣孔4 ;充填裝置24