立井井筒揭煤措施金属骨架施工的改进

牛充山

【摘 要】 立井井筒穿过具有突出危险性的煤层时要特别注重区域防突措施和局部防突措施的质量，防突措施并检验有效后须采取防止突出的加固措施。本文通过对防突加固措施施工的比较分析，得出了特制的钻杆的金属骨架施工方法具有较快的施工速度和良好的经济效益的结论，该项目的顺利实施对同类型揭穿突出煤层施工具有较强的指导和参考意义。

【关键词】 立井井筒 措施 金属骨架

一、项目产生的背景

安阳鑫龙煤业大众煤矿120万吨/年改扩建项目新副井井筒施工工程期间，将揭过二1煤层，井筒垂深751.5m。按照《煤矿安全规程》煤层突出危险性预测和防治突出措施效果检验规定[1]，大众煤矿项目部已完成了前期的防突措施，并经区域效果论证有效，符合井筒揭煤施工的条件。

大众煤矿新副井已施工结束抽采钻孔，防突钻孔的施工明显减弱了揭煤段煤体的应力，瓦斯释放效果较为明显。由于二1煤煤质较为松软，坚固性系数较小，在钻孔施工结束后容易塌孔，减小了钻孔中煤体的暴露面积，影响瓦斯的继续释放，因而应该在钻孔全部施工结束后对钻孔进行重新透孔加大煤体的暴露面积进一步的释放煤体瓦斯。考虑到后期揭煤后煤体较为松软，需在揭煤前对揭煤段煤体进行煤体加固，增强煤体的强度。

二、项目的基本内涵

立井井筒中的金属骨架是在立井工作面揭开突出危险煤层前，将钢管或钢轨插入预先在工作面断面周边处布置的钻孔内，其前端伸入煤层的顶（底）板岩石中，后端支撑在靠近工作面中的支架上或者工作面的井壁上形成超前支护。

超前支护的防突措施的主要作用是依靠金属骨架加强工作面前方煤体的稳定性，其次是通过安装金属骨架的钻孔，排放钻孔附近煤体中的瓦斯并缓和煤体的应力紧张状态。

金属骨架用于立井揭煤时，由于金属骨架两端是支撑在煤层顶（底）板的岩石中，它需承受上悬和两帮煤体的压力，因此在缓倾斜和倾斜煤层中会因跨度加大而导致骨架承载力降低，在煤层较厚的地区采用此措施时，对此现象要给予足够的重视。由于金属骨架措施不能大量释放突出潜能，只能在一定程度上起到抑制突出发生的作用，所以，其預防突出的能力有限。故该措施应在采用了其他防突措施并检验有效后方可在揭开煤层前实施。

经项目部各参建单位研究讨论，认为防突措施已实施完毕且检验有效，施工金属骨架对加固煤体强度和瓦斯的进一步释放有较好的作用，是防揭煤突出的有效方法。结合大众煤矿新副井揭煤煤层前期预测情况，按照规定要求，在工作面距煤层法距为2m之前开始施工金属骨架，设计钻孔在立井周边0.5m处，各个钻孔见煤点间距为0.3m，金属骨架钻孔剖面图（见图1），井筒工作面钻孔施工图（见图2）：

三、项目实施的主要做法

大众煤矿新副井揭煤区经过实施防突钻孔经检验达到安全指标具备施工金属骨架的条件，井筒工作面掘进至距煤层法距为2m时实施金属骨架。

1.金属支架施工工艺比较：

（1）钻杆成孔后拔出钻杆下钢管法

此方法亦即传统的施工方法，先由钻机打钻成孔，然后拔出钻杆下放钢管骨架。此方法的主要问题在于钻杆成孔拔出钻杆后下放钢管时出现的问题就是由于塌孔导致钢管无法下到孔内，需经反复钻孔后钢管才能下到设计深度，此方法的施工时间过长。

（2）钢管充当钻杆直接施工法

此方法是使用特制的“钻杆”直接钻至设计深度，然后进行注浆加固。此方法减少了因为塌孔而造成的反复钻孔下放钢管的时间，较传统的金属骨架施工方法大大地减少了施工时间。

通过上述两种金属支架施工方法的比较，采用经改进后的钢管充当钻杆的施工方法更为先进，更符合本工程的实际情况。

2.本项目施工方法

金属骨架加固方案：孔口设置Φ108×6长2m套管，作为钻孔导向并兼作金属骨架孔内压水泥浆用。为了便于井下金属钢管的安装，钢管加工长度为2m一根，加工丝扣为两端一公一母。为便于钢管灌浆时出浆的需要，钢管在直径两端对称20cm各开一排10mm的孔，并两端适当错开；每一孔第一根管子前端应加工成封闭锥形，以便于下放安装；每一孔最后一根管子应加工成与注浆管配套的法兰，以便于钻孔内灌浆。

孔内灌浆直接在工作面进行，注浆泵采用2ZBQ-30/6型气动注浆泵。

终孔时要核实钻具长度，确保钻孔深度符合要求。采用钻一孔，安一金属钢管工艺，防止浸水塌孔；钢管灌浆视情况分组灌浆。灌浆时钻孔口是开口的，灌浆以灌满孔为原则，故灌浆压力不作限制。

四、结论

安阳大众煤矿新副井井筒自开始采取防突措施以来已达9个月时间，远远超出了6个月的计划工期，复杂的地质条件是工期较长的主要因素，因而，在揭煤施工阶段必须采取更为快速的措施。经过项目部各方的集思广益，大众煤矿新副井井筒揭煤段施工很快顺利完成，并且产生了良好的经济效益，具有广泛的推广意义。

1.直接节约工程投资约60余万元。按照传统的金属骨架施工方法施工96根钢管骨架用时需40天，而改进后的施工方案仅用时10天，节约施工时间30天。按照《煤炭建设井巷工程辅助费综合定额》辅助费补偿费规定计算30天费用约为65万元，因此本项目直接节省费用65万元。

2.有利于大众煤矿改扩建项目新副井区域工程顺利推进。新副井井筒掘砌工程是大众煤矿改扩建项目的关键线路工程，其顺利的落底开展后续的工程的施工对整个改扩建项目具有重要的意义。

3.利用特制的钢管施工金属骨架工艺经实践证明具有其优越性，在防塌孔和赶工期时具有十分有效地的利用价值，在安全生产管理方面的作用尤为突出，值得我们在松软地层的巷道和立井井筒揭煤施工时应用，具有较好的效果。

【参考文献】

[1] 国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京：煤炭工业出版社，2011.