刍议固化揭煤技术在高瓦斯压力松散突出煤层中的应用
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摘要：通过对火铺矿23采区2#中间石门固化揭17#煤施工过程的分析，阐述了固化揭煤技术在高瓦斯压力松散突出煤层中存在问题和采取措施。
关键词：固化揭煤；施工过程；高瓦斯压力；突出煤层
1前言
盘江矿区火铺矿17#煤层为高瓦斯压力突出煤层，其塑性变形、层间滑动及煤层内的小构造非常发育，近距离范围内煤层厚度可从2.0m增至10.0m极不稳定，煤层的原生结构大部分已被破坏，质松软，呈粉末状，顶板为深灰色粉砂岩与薄层菱铁矿互层，水平层理、层间滑动、节理、裂隙、小褶曲等十分发育，底板为灰色砂质泥岩，直接底为0.3―0.5m厚的褐色泥岩，遇水膨胀。上水平几条石门过17#煤时，应用固化揭煤技术，取得很好的效果。随着水平的延深，煤层瓦斯压力越来越大，在23采区2#中间石门打钻探测17#煤过程中，最高瓦斯压力达3.5MPa ,钻屑瓦斯解吸指标K值达到1.3mL/g.min1/2。
2 产生的地质情况
固化揭煤技术是集钻孔排放瓦斯、固化煤层提高煤体强度和金属骨架于一体。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削弱了瓦斯在突出中的作用；二是送入钻孔的注液管路取到金属骨架作用；三是压注的固化液使钻孔切割后的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孔的孔壁紧紧地固结在一起，成为一组全长锚固的“大锚杆”，有效地加固了巷道周边的煤层，不愧为一种行之有效的揭煤方法，尤其在松散突出煤层中更显其优势，近几年来在许多矿区得到广泛的推广应用。然而在高瓦斯压力突出煤层中，若按常规的施工方法难度太大，很难达到预期效果，为此，我们根据固化原理结合现场实际，进行分析研究，制定出相应措施，并在23采区2#中间石门进行实践取得了成功。
3 存在问题分析及采取措施
3.1钻孔施工。由于瓦斯压力大、煤层呈粉末状，如采用湿式钻孔，水大了会造成水力冲孔、增加喷孔量，会将煤体冲成蜂窝状无法再固化，且塌孔严重难以打穿煤层进入顶板达到预期效果，水小了，因瓦斯压力大，水会被瓦斯反压，钻头出不了水无法排渣；若干式打钻，钻头温度无法掌握，温度超高会造成煤层燃烧；使用麻花钻杆进行打钻，由于煤层松软，随着进入煤体深度的加深，在钻孔周边瓦斯压力及水（风）压的作用下，会将钻杆往里吸，稍微不注意就会把钻杆卡死。通过对上水平三条石门固化揭过17#煤经验的认真总结，决定岩石段采用岩石钻头进行湿式钻眼，煤层段采用φ42mm圆钻杆配合φ86mm煤钻头进行干打钻，将水排渣改为压风排渣。使用φ42mm圆钻杆配合φ86mm煤钻头进行打钻一方面空间大便于排渣，另一方面不容易卡钻；使用压风排渣，一方面压风可稀释干打钻产生的co及其它有毒有害气体，另一方面对钻头起冷却作用，避免钻头超温造成其它事故。
3.2压注固化液。固化揭煤成功与否最关键是压注固化液，其原理就是在巷道周边按一定间距施工压注固化液钻孔，用高压泵将固化液从钻孔往里压注，固化液在高压泵的压力下由孔壁向周边煤体渗入，形成一道坚硬的固化圈。固化液渗入孔壁周边距离越远，固化圈越大效果越好。由于瓦斯压力大，固化液压入煤体后遇高压瓦斯的阻力很难渗入，若只提高泵站压力作用不大，且容易造成固化液从岩柱往外渗出。因此，要想固化成功，就得要从以下几方面去考虑：
1） 固化岩柱确定。由于该煤层底板岩性为灰色泥质砂岩，渗透力较强，岩柱留小了，压注固化液时，低浓度固化液会从其裂隙中往外渗透出来，一方面造成固化液的浪费，另一方面会削减固化压力，使压注固化液压力无法上升到预定的压力值（15Mpa），固化液很难渗入煤体达设计要求；岩柱留大了，既增加了岩石钻孔工程量，也增加了煤层段钻孔的工程量，给钻孔施工增加难度。根据以往经验，预留3m(真厚)岩柱较为适宜，同时，要求在封好孔后固化前对迎头帮顶及迎面进行全封闭喷浆，以防压注固化液时固化液往外渗出。
2）封孔施工。根据现有材料，用纯水泥浆封孔较为适宜，若有快硬膨胀水泥效果更好，纯水泥浆强度较低，若封孔长度小了，很容易被高压固化液挤出，故封孔时，要求封孔长度不小于5m，且沙浆要饱满。
3）固化时间选择。由于煤体瓦斯压力很大，若不经过释放卸压，封孔再好、岩柱再大、泵站压力再高也很难将固化液注入煤体达设计要求，故钻孔施工完毕后，要先排放一定时间，待钻孔周边附近瓦斯压力释放后再进行压注固化液工作。根据本煤层钻探结果分析，钻孔瓦斯排放7天后，钻孔周边1.0 m范围内瓦斯压力可降至0.1Mpa以下，能满足固化要求，故固化时间选在所有固化钻孔施工完毕后第八天以后较为适宜。
4）固化液浓度调整及压注顺序。通过井下现场试验，固体氯化铵与尿铨树脂的比例为3‰、4‰和6‰时，其凝固效果都可以，因固化液浓度越高注入煤体的阻力越大，故压注固化液时，应按先压注固化剂掺合量为3‰的固化液，再压注固化剂掺合量为4‰的固化液，最后压注固化剂掺合量为6‰的固化液，这样既可提高固化液渗入煤体的能力，也保证了固化效果。
在火铺矿23采区2#中间石门固化揭煤过程中，根据上述分析结果，总共布置15个钻孔，预留岩柱5.0m，钻孔时，外面岩石部分采用φ65mm岩石钻头配合φ42mm螺纹接头钻杆进行湿式钻孔，见煤后退出换成φ86mm煤钻头进行湿式扩孔，扩到煤后，将高压水换成压风进行干式钻孔，在孔口位置用高压水管对着孔口洒水降尘，救护队现场检查co浓度，钻孔过程中无co超限现象，所打15个钻孔只有3个钻孔有轻微 喷孔现象、均塌孔现象封孔时，用水泥沙浆封孔，封孔长度600mm，封完孔后对迎头帮顶及迎面进行喷浆，迎面喷厚500mm，迎头往外5.0m范围内帮顶喷厚200mm，压注固化液时，泵站压力15―18Mpa，固化顺序为：先压注3‰的固化液4.0吨，再压注4‰的固化液3.5吨，最后压注6‰的固化液，压注11.2吨后有固化液从喷体渗出，压力达18Mpa，停止压注工作。
经过8天的凝固后，进行防突效果检验，钻屑解吸综合指标K值为0.1549mL/g.min1/2，已无突出危险性，采用远距离放炮的方法揭穿煤层，揭穿煤层过程中，无任何瓦斯动力现象，煤层揭穿后可清楚地看到各固化孔之间的煤体上有许多条连通或断续的固化体，固化孔周边500mm范围内的煤体全部胶结成一整体，达到设计要求。通过固化，增强了煤体自身的承栽能力，穿过煤层期间杜绝了漏冒顶事故的发生。
4 结论
固化揭煤技术在高瓦斯压力松散突出煤层中不但可应用，而且有相当的优势，只要对施工工艺、固化参数酌情调整，将会取到其它方法无法取到的效果，既经济合理，又保证了安全生产。
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