專利名稱：一種立井揭煤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦工程技術(shù)，尤其涉及在煤礦立井掘進(jìn)過程中具有安全快速特征的 一種立井揭煤方法，屬于煤礦工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)煤礦都是由多水平煤層所構(gòu)成的，需要采用群開采技術(shù)對 其進(jìn)行開采。具體地，在工程上，一般先挖掘一立井，再逐一對所述多水平煤層的每一煤層 進(jìn)行“揭煤”，進(jìn)而建立巷道以進(jìn)行對煤層的開采。所謂“揭煤”，是指在立井掘進(jìn)過程中使 得原本掩蓋在巖層之下的煤層暴露的過程。當(dāng)立井向下掘進(jìn)到一定的深度時(特別是超過一千米時)，將要進(jìn)行“揭煤”的 煤層一般都具有瓦斯壓力和水壓力都較大的特征，具有這種特征的煤層被稱為“突出性煤 層”，這其中當(dāng)然也有少數(shù)煤層不是“突出性煤層”，由于“突出性煤層”中的瓦斯壓力和水壓 力都較大，因此在對“突出性煤層”進(jìn)行“揭煤”操作時多存在“煤與瓦斯突出”危險。所謂 “煤與瓦斯突出”是煤礦生產(chǎn)和掘進(jìn)過程中一種復(fù)雜的自然災(zāi)害，是一種伴有聲響和猛烈力 能效應(yīng)的地質(zhì)動力現(xiàn)象，它能在極短的時間內(nèi)(多則數(shù)分鐘內(nèi)，少則數(shù)秒內(nèi))由煤體向井巷 突出大量的煤炭并涌出大量的瓦斯，并使井巷充滿瓦斯與煤炭拋出物，能摧毀井巷設(shè)施，破 壞礦井巷通風(fēng)系統(tǒng)，造成人員窒息，甚至引發(fā)瓦斯爆炸，是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的地質(zhì)災(zāi) 害之一。目前，在國內(nèi)外立井掘進(jìn)過程中，當(dāng)對每一煤層進(jìn)行“揭煤”時，不管它是否為“突 出性煤層”，都會采取防治“煤與瓦斯突出”(防治“煤與瓦斯突出”可簡稱“防突”)的措施， 其主要采用瓦斯鉆孔自然排放、鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的方法及一些輔助措施，具體地，是在將 要進(jìn)行“揭煤”煤層的斷面輪廓外布置多排扇形穿層鉆孔，通過排放煤層中的瓦斯來防止 “揭煤”時“煤與瓦斯突出”危險的發(fā)生。然而，這種方法雖然“防突”效果較好，但排放瓦斯 時間較長，一般每揭穿一層煤層需要2 3個月時間，工期相對較長，而且在施工過程中不 加任何分析就對非“突出性煤層”的煤層采取“防突”的措施，其工期進(jìn)一步加長，不利于煤 礦快速高效生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種立井揭煤方法，針對現(xiàn)有技術(shù)中揭煤工期相對較長的缺 陷，實(shí)現(xiàn)了在保證安全生產(chǎn)的前提下，縮短揭煤工期的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種立井揭煤方法，包括獲取立井中將要揭煤煤層的工程信息；根據(jù)所述工程信息判斷所述將要揭煤煤層是否為突出性煤層，若是，則對所述將 要揭煤煤層進(jìn)行防突處理；并對防突處理后的所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤。本發(fā)明所提供的立井揭煤方法，相對于現(xiàn)有技術(shù)中對所有將要揭煤煤層都會采取防突措施，然后對將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤的技術(shù)方案，本發(fā)明對將要揭煤煤層是否為突出 性煤層先進(jìn)行判斷，若將要揭煤煤層是突出性煤層，才對其進(jìn)行防突處理，最后再對防突處 理后的所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤，避免了對非突出性煤層也進(jìn)行防突處理所消耗的工 期，實(shí)現(xiàn)了在保證安全生產(chǎn)的前提下，縮短整個揭煤工期的目的。


圖1為本發(fā)明立井揭煤方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明揭煤前立井施工的剖面示意圖；圖3為利用氣體示蹤裝置定位多個第二密集排放鉆孔的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明立井揭煤方法的流程示意圖。如圖1所示，本實(shí)施例立井揭煤方法 包括步驟101、獲取立井中將要揭煤煤層的工程信息；需要說明的是，本實(shí)施例獲取立井中將要揭煤煤層的工程信息是建立在對立井施 工的基礎(chǔ)之上的。圖2為本發(fā)明揭煤前立井施工的剖面示意圖，結(jié)合圖2所示，在對立井1 施工的同時，通過對立井1的井筒壁注漿形成了具有一定厚度的立井井筒注漿帷幕3，因此 立井井筒注漿帷幕3有內(nèi)壁和外壁之分，當(dāng)立井1掘進(jìn)到一定的深度時，施工位置到達(dá)巖層 2的巖層工作面4，在本實(shí)施例立井1施工過程中規(guī)劃巖層工作面4與將要揭煤煤層5的法 向距離為10米，將要揭煤煤層5可由將要揭煤煤層第一部分7和將要揭煤煤層第二部分6 所構(gòu)成，并且將要揭煤煤層第一部分7對應(yīng)立井井筒注漿帷幕3的外壁以外范圍，將要揭煤 煤層第二部分6對應(yīng)立井井筒注漿帷幕3的內(nèi)壁以內(nèi)范圍；接著對巖層工作面4進(jìn)行預(yù)注 漿，使?jié){液滲入巖層2的縫隙當(dāng)中以及通過巖層2的縫隙滲入將要揭煤煤層5當(dāng)中，同時立 井井筒注漿帷幕3的外壁以外的部分巖層縫隙也會滲入漿液，預(yù)注漿所形成的注漿帷幕封 堵了將要揭煤煤層5中所賦存瓦斯的流動通道，降低了瓦斯的流動性，改變了將要揭煤煤 層5中瓦斯賦存狀態(tài)，最終提高了將要揭煤煤層5中煤體的堅固性系數(shù)，有效阻止了由于瓦 斯流動所帶來的煤體流動；進(jìn)一步地，在巖層工作面4處設(shè)置至少兩個前探測壓鉆孔8，由 于上述的預(yù)注漿所形成的注漿帷幕改變了將要揭煤煤層5中瓦斯賦存狀態(tài)，為了后續(xù)工作 能通過前探測壓鉆孔8準(zhǔn)確測定將要揭煤煤層5中的瓦斯壓力，因此可將其中每個前探測 壓鉆孔8穿透立井井筒注漿帷幕3的內(nèi)壁與外壁，其一端設(shè)置于立井井筒注漿帷幕3上，另 一端則伸至將要揭煤煤層第一部分7中；在上述對立井1的施工設(shè)置完前探測壓鉆孔8之后，則可根據(jù)實(shí)際立井工程情況， 獲取立井掘進(jìn)深度信息、前探測壓鉆孔瓦斯壓力信息、前探測壓鉆孔瓦斯放散初速度信息、 煤體的堅固性系數(shù)信息和前探測壓鉆孔施工動力現(xiàn)象信息；其中，所述獲取前探測壓鉆孔 瓦斯壓力信息，具體可為對每個前探測壓鉆孔8，采用多步分段封孔測壓裝置，或氣水分離 裝置，或分源測壓裝置，準(zhǔn)確測定將要揭煤煤層5中的瓦斯壓力與水壓力，并在消除水壓力 對瓦斯壓力影響的同時，獲取所述前探測壓鉆孔瓦斯壓力信息。步驟102、根據(jù)所述工程信息判斷所述將要揭煤煤層是否為突出性煤層，若是，則對所述將要揭煤煤層進(jìn)行防突處理；再結(jié)合圖2所示，根據(jù)步驟101中所獲取的立井掘進(jìn)深度信息、前探測壓鉆孔瓦斯 壓力信息、前探測壓鉆孔瓦斯放散初速度信息、煤體的堅固性系數(shù)信息和前探測壓鉆孔施 工動力現(xiàn)象信息，可以建立將要揭煤煤層5的煤與瓦斯突出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并通過所述煤 與瓦斯突出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，判斷將要揭煤煤層5是否為突出性煤層，若是，則可以對將要揭 煤煤層5進(jìn)行防突處理；所述防突處理可通過多個密集排放鉆孔，同時對將要揭煤煤層第 一部分7進(jìn)行瓦斯排放，和對將要揭煤煤層第二部分6進(jìn)行瓦斯排放，直到將要揭煤煤層5 的瓦斯含量低于安全閾值，所述直到將要揭煤煤層5的瓦斯含量低于安全閾值可通過實(shí)時 監(jiān)測將要揭煤煤層5的瓦斯含量并對其進(jìn)行檢測來實(shí)現(xiàn)；進(jìn)一地，所述多個密集排放鉆孔 分可為多個第一密集排放鉆孔和多個第二密集排放鉆孔，具體地，可采用氣泵通過多個第 一密集排放鉆孔對將要揭煤煤層第一部分7進(jìn)行瓦斯抽取排放，并且同時采用氣泵通過多 個第二密集排放鉆孔對將要揭煤煤層第二部分6進(jìn)行瓦斯抽取排放，直到將要揭煤煤層5 的瓦斯含量低于安全閾值，所述多個第一密集排放鉆孔為伸至將要揭煤煤層第一部分7中 的鉆孔，所述多個第二密集排放鉆孔為伸至將要揭煤煤層第二部分6中；再進(jìn)一步地，如圖3為利用氣體示蹤裝置定位多個第二密集排放鉆孔的示意圖所 示，所述氣體示蹤裝置可選用六氟化硫(SF6)氣體作為示蹤氣體對所述多個第二密集排放 鉆孔的數(shù)量及間距進(jìn)行設(shè)置，具體地，首先需要說明的是，在本實(shí)施例中選擇SF6氣體作為 示蹤氣體，一是因?yàn)镾F6氣體在自然界不存在，可避免在示蹤時與自然界相同氣體混淆所帶 來的麻煩，二是因?yàn)镾F6氣體即使含量相對較低時也能被檢測到，提高了對多個第二密集排 放鉆孔定位的準(zhǔn)確性，在圖3中，可將一端封閉并且含有SF6氣體的氣管37通過巖層工作面 4和巖層2置入將要揭煤煤層5中，使SF6氣體滲入將要揭煤煤層5中，與并其所含的瓦斯 相混合，同時也將氣體示蹤裝置的5個取樣管31 35通過巖層工作面4和巖層2置入將 要揭煤煤層5中，所述5個取樣管31 35中兩兩的間距為0. 5米，同時可設(shè)取樣管31與 氣管37的水平距離為1米，對應(yīng)5個取樣管31 35還分別設(shè)有取樣孔311、取樣孔321、 取樣孔331、取樣孔341和取樣孔351，進(jìn)一步地，氣體示蹤裝置還設(shè)有一抽放管道36，與5 個取樣管31 35分別連接，抽放管道36開口處可接一氣泵；利用氣體示蹤裝置對多個第二密集排放鉆孔定位的具體過程為，當(dāng)氣泵工作時， 從抽放管道36中會有混雜SF6氣體的瓦斯不斷被抽出，與此同時分別對取樣孔311、取樣 孔321、取樣孔331、取樣孔341和取樣孔351所涌出的瓦斯進(jìn)行采樣，并采用氣相色譜儀測 定分析每個所采集的瓦斯樣品的組份，檢測每個所采集的瓦斯樣品是否含有SF6氣體，在檢 測到有SF6氣體涌出的取樣孔所對應(yīng)的取樣管處設(shè)置一個第二密集排放鉆孔，例如在取樣 孔311、取樣孔331和取樣孔351所涌出的瓦斯樣品中分別檢測到有SF6氣體，而在取樣孔 321和取樣孔341所涌出的瓦斯樣品中沒檢測到有SF6氣體，則只在則取樣管31、取樣管33 和取樣管35處分別設(shè)置一個第二密集排放鉆孔，這樣便設(shè)置了 3個第二密集排放鉆孔，并 且每個第二密集排放鉆孔的間距為1米，通過合理設(shè)置多個第二密集排放鉆孔的數(shù)量及其 間距，節(jié)省了抽放瓦斯的時間，達(dá)到了進(jìn)行快速防突處理的目的；同理，對所述多個第一密 集排放鉆孔的數(shù)量及間距進(jìn)行設(shè)置也可采用此方法，只是氣體示蹤裝置的擺放位置有所不 同，這里不再贅述。步驟103、并對防突處理后的所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤。
可采用震動放炮方法，對步驟102中防突處理后的將要揭煤煤層5進(jìn)行揭煤，這時 的將要揭煤煤層5則成為正在揭煤煤層，在揭煤的同時，可采用通風(fēng)設(shè)備對所述正在揭煤 煤層的煤層工作面上部空間中所含瓦斯進(jìn)行連續(xù)抽放，所述連續(xù)抽放還可應(yīng)用在出矸、立 井井筒注漿帷幕3的施工過程中，以降低立井井筒注漿帷幕3的外壁以外范圍的煤層瓦斯 通過巖層縫隙滲入立井井筒注漿帷幕3的內(nèi)壁以內(nèi)范圍，避免導(dǎo)致施工人員窒息的危險。進(jìn)一步地，當(dāng)步驟102中根據(jù)所述工程信息判斷所述將要揭煤煤層不是突出性煤 層時，直接執(zhí)行步驟103，對所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤。本實(shí)施例所提供的立井揭煤方法，相對于現(xiàn)有技術(shù)中對所有將要揭煤煤層都會采 取防突措施，然后對將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤的技術(shù)方案，本實(shí)施例對將要揭煤煤層是否為 突出性煤層先進(jìn)行判斷，若將要揭煤煤層是突出性煤層，才對其進(jìn)行防突處理，最后在對防 突處理后的所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤，避免了對非突出性煤層也進(jìn)行防突處理所消耗的 工期，實(shí)現(xiàn)了在保證安全生產(chǎn)的前提下，縮短整個揭煤工期的目的，可將原本每次2 3個 月的揭煤工期縮短50%以上，對本領(lǐng)域立井揭煤的施工工程具有很高的指導(dǎo)意義和重大的 參考價值。最后應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制， 盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依 然可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修 改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種立井揭煤方法，其特征在于，包括獲取立井中將要揭煤煤層的工程信息；根據(jù)所述工程信息判斷所述將要揭煤煤層是否為突出性煤層，若是，則對所述將要揭煤煤層進(jìn)行防突處理；并對防突處理后的所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，在所述獲取立井中將要揭煤煤 層的工程信息之前，還包括對所述立井下的巖層工作面進(jìn)行預(yù)注漿，并在所述巖層工作面處設(shè)置至少兩個前探測 壓鉆孔，所述巖層工作面與所述將要揭煤煤層的法向距離為10米，所述將要揭煤煤層由將 要揭煤煤層第一部分和將要揭煤煤層第二部分構(gòu)成；所述將要揭煤煤層第一部分對應(yīng)立井井筒注漿帷幕的外壁以外范圍；所述將要揭煤煤層第二部分對應(yīng)立井井筒注漿帷幕的內(nèi)壁以內(nèi)范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述前探測壓鉆孔穿透所述立 井井筒注漿帷幕的內(nèi)壁與外壁，并且其一端設(shè)置于所述立井井筒注漿帷幕上，另一端則伸 至所述將要揭煤煤層第一部分中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述獲取立井中將要揭煤煤層 的工程信息，包括獲取立井掘進(jìn)深度信息、前探測壓鉆孔瓦斯壓力信息、前探測壓鉆孔瓦斯放散初速度 信息、煤體的堅固性系數(shù)信息和前探測壓鉆孔施工動力現(xiàn)象信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述獲取前探測壓鉆孔瓦斯壓 力信息，包括對所述前探測壓鉆孔，采用多步分段封孔測壓裝置，或氣水分離裝置，或分源測壓裝 置，消除水壓力，獲取所述前探測壓鉆孔瓦斯壓力信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述對所述將要揭煤煤層進(jìn)行 防突處理，包括若所述將要揭煤煤層為突出性煤層，通過多個密集排放鉆孔，同時對所述將要揭煤煤 層第一部分進(jìn)行瓦斯排放，和對所述將要揭煤煤層第二部分進(jìn)行瓦斯排放，直到所述將要 揭煤煤層的瓦斯含量低于安全閾值；所述多個密集排放鉆孔分為多個第一密集排放鉆孔和多個第二密集排放鉆孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述對所述將要揭煤煤層第一 部分進(jìn)行瓦斯排放，包括采用氣泵，通過所述多個第一密集排放鉆孔對所述將要揭煤煤層第一部分進(jìn)行瓦斯抽 取排放；所述多個第一密集排放鉆孔伸至所述將要揭煤煤層第一部分中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述對所述將要揭煤煤層的第 二部分進(jìn)行瓦斯排放，包括采用氣泵，通過所述多個第二密集排放鉆孔對所述將要揭煤煤層第二部分進(jìn)行瓦斯抽 取排放；所述多個第二密集排放鉆孔伸至所述將要揭煤煤層第二部分中。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的立井揭煤方法，其特征在于，采用氣體示蹤裝置對所述多個 第二密集排放鉆孔的數(shù)量及間距進(jìn)行設(shè)置，所述氣體示蹤裝置所選用的示蹤氣體為六氟化 硫氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述根據(jù)所述工程信息判斷所 述將要揭煤煤層是否為突出性煤層，包括根據(jù)所述工程信息，建立所述將要揭煤煤層的煤與瓦斯突出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；并通過所述煤與瓦斯突出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，判斷所述將要揭煤煤層是否為突出性煤層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立井揭煤方法，其特征在于，所述對防突處理后的所述將要 揭煤煤層進(jìn)行揭煤，包括在對防突處理后的所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤的同時，所述將要揭煤煤層為正在揭煤 煤層，并采用通風(fēng)設(shè)備對所述正在揭煤煤層的煤層工作面上部空間中所含瓦斯進(jìn)行連續(xù)抽 放。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種立井揭煤方法，包括獲取立井中將要揭煤煤層的工程信息，根據(jù)所述工程信息判斷所述將要揭煤煤層是否為突出性煤層，若是，則對所述將要揭煤煤層進(jìn)行防突處理；并對防突處理后的所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤。相對于現(xiàn)有技術(shù)中對所有將要揭煤煤層都會采取防突措施，然后對將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤的技術(shù)方案，本發(fā)明對將要揭煤煤層是否為突出性煤層先進(jìn)行判斷，若將要揭煤煤層是突出性煤層，才對其進(jìn)行防突處理，最后在對防突處理后的所述將要揭煤煤層進(jìn)行揭煤，避免了對非突出性煤層也進(jìn)行防突處理所消耗的工期，實(shí)現(xiàn)了在保證安全生產(chǎn)的前提下，縮短整個揭煤工期的目的。
文檔編號E21F7/00GK101892842SQ20091008534
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者何啟林, 彭偉, 方良才, 朱先龍, 李平, 李貴和, 盛衛(wèi)國, 章根發(fā), 袁亮, 雷成祥 申請人:淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司;安徽理工大學(xué)