超前管棚注浆技术在斜井防突施工中应用

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1、超前管棚注浆技术在斜井防突施工中应用　　[摘要]随着我国煤炭开采深度的增加，揭过煤时发生煤与瓦斯突出的风险也在增大，通过对煤与瓦斯突出原因和常用防突措施的分析，提出了注浆加固和管棚联合防治煤与瓦斯技术，并在中国平煤神马集团平煤股份十三矿斜井施工中成功应用，安全地穿越己15-17煤层，取得良好的安全、经济效益。[关键字]煤层突出防突施工注浆加固安全揭煤[中图分类号]TU74[文献码]B[文章编号]1000-405X（2013）-2-252-11问题提出6随着我国煤炭开采量不断增加，浅部煤炭资源已逐渐枯竭，为给高速发展的经济提供更多能源保障，我国煤炭开采已向深部

2、发展，从1980年国内煤矿开采平均深度为288米，到目前中国平煤神马集团已有许多头面进入到1200m左右的深度。随着开采深度的增加，煤层压力、煤层瓦斯状态、煤体本身所具有的一般物理特性等方面均会发生较大变化，平顶山矿区在巷道掘进施工中，特别是区域首次揭过煤时，很容易发生煤与瓦斯突出的意外，从而造成巷道、设施损坏，严重的造成整个矿井通风系统瘫痪、瓦斯（煤尘）爆炸等灾难性后果，因此如何采取有效的防范措施达到安全揭过突出煤层，成为中国平煤神马集团安全生产亟待解决的问题。2揭过煤时煤与瓦斯突出的原因分析平顶山矿区具有突出危险性的新建矿井、新水平或新采区揭煤时最容易突

3、出，其原因一方面在新矿井、新水平或新采区尚未揭露煤层的地点，瓦斯压力、地应力处于原始状态，其突出危险状况未被认识或未被完全认识；另一方面揭穿煤层时，在煤岩交界面附近两侧，岩石、煤体力学性质相差悬殊，煤体受到掘进施工的影响，内部应力发生突变，煤体内应力梯度可能达到很高的数值，在煤岩交界面应力突变值会更高，如果此时煤体松软、强度低，不能有效抵抗这个高应力冲击和高压瓦斯膨胀力作用，就有可能发生煤与瓦斯突出[1]。3揭过煤时煤与瓦斯突出的防突原则和措施分析3.1防突原则在煤与瓦斯突出过程中，其主要动力来源于煤体中瓦斯压力和岩体中地应力，当煤体中瓦斯压力和岩体中地应力

4、大于外界束缚力时[2]，就会将煤体或岩石破碎抛出，因此当前制定的防治煤与瓦斯突出措施主要原则如下：（1）将区域煤层或巷道施工工作面前方煤体存在的应力部分释放，从而达到局部施工安全的目的。6（2）根据煤体相对松软、自身强度底、稳定性差而导致抗压能力弱的特点，通过采取措施增加防突工作面一定范围内煤体承载能力，提高围岩煤体稳定性。（3）通过调整采掘施工工艺，控制采掘工作面前方煤体应力和瓦斯压力释放速度，避免突然释放造成突出，从而达到煤体应力和瓦斯压力自我卸压和排放瓦斯的效果。3.2措施分析常规的揭煤防治煤与瓦斯突出措施主要有以下几种：水力冲刷瓦斯钻孔、施工钻孔抽排

5、煤体瓦斯、超前打孔释放煤体瓦斯压力、水力割缝等。上述措施虽然具有一定的防突作用，但也存在一定的局限性，主要原因是对造成煤与瓦斯突出的决定因素既煤体强度和瓦斯释放条件考虑不足。同时常规防突措施在施工过程中易对原始煤体的整体性造成破坏，降低煤体强度，减弱对外部压力的抵御能力。遇到特殊地质条件时诸如软弱煤层和地质破碎带时，常规的防突措施所表现出的局限性更加明显。在分析以前施工经验的基础上，通过多年在平顶山矿区施工总结，从而提出了注浆加固和管棚超前支护相结合的方法进行防突的方法。4注浆加固防突机理分析由于煤体中存在大量游离态和附着态气体。从而导致煤体出现裂隙和空隙，

6、这也是造成煤体整体强6度减弱的主要因素。因此通过注浆方式，将性能适宜的固化剂压入煤体裂隙和孔隙中，达到改善煤（岩）体物理力学性能，增加其强度和缩小煤体与相邻岩体的力学性能差异，增强煤岩交界面附近围岩的整体性。改变煤体和岩体交界面因性能差异过大而造成应力不连续导致的突变。同时注浆过程中充填煤体裂隙和空隙，减少煤体中瓦斯存在的空间，使揭穿煤巷道周围煤体中瓦斯含量明显降低，压力得到改善。与常规的防突方法相比，通过注浆加固煤体防治突出，大大增加石门顶板揭过突出危险性煤层时的安全系数，防止顶板垮落、巷道片帮事故的发生[3-5]。5工程实践5.1工程概况中国平煤神马集团

7、十三矿斜井设计长度1858.8m坡度为20°，巷道净高4.25m，净宽5.9m，采用锚网喷、锚索支护。根据探测，斜井将在1754m穿越己15-17煤层，穿煤巷道全长约43米。煤层赋存情况：己15煤层厚2.0m、己16煤层厚1.7m、己17煤层厚1.3m；己15煤层与己16煤层夹矸厚1.7m、己16煤层与己17煤层夹矸厚0.3m；整体煤层走向135°～315°倾向45°。瓦斯测试表明，煤层瓦斯原始压力值为0.43Mpa，瓦斯原始含量值为9.19m3/t，依据测试报告判断该煤层属突出危险性煤层，按照制定的专项防突措施当工作面锚网喷支护封闭后，进行工作面打超前管棚

8、及注浆固化煤体施工。5.2揭煤前管棚及注浆施工。6管