青東煤礦突出危險(xiǎn)區(qū)煤巷掘進(jìn)高壓水力強(qiáng)化沖煤卸壓防突技術(shù)

李 健

（淮北礦業(yè)青東煤業(yè)有限公司，安徽 淮北 235143）

0 引言

青東煤業(yè)為煤與瓦斯突出礦井，其中主采的7、8煤層為突出煤層。礦井瓦斯、火等災(zāi)害俱全，瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重。礦井堅(jiān)持區(qū)域治理，優(yōu)先選用開采突出危險(xiǎn)性較小的7煤作為8煤的上保護(hù)層進(jìn)行開采的區(qū)域防突措施，取得了較好的安全效果。根據(jù)82采區(qū)煤層及瓦斯賦存情況，824里工作面上部7煤層賦存極不穩(wěn)定，不具備開采保護(hù)層條件，故采用預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突方案。即利用底板巖巷施工上向穿層鉆孔，預(yù)抽煤巷條帶瓦斯消除煤巷條帶突出危險(xiǎn)。但是在824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)期間仍存在受地應(yīng)力影響發(fā)生突出危險(xiǎn)的可能，尤其在斷層密集區(qū)及因?qū)踊瑯?gòu)造引起的煤層急劇增厚區(qū)易發(fā)生突出，造成煤與瓦斯突出事故。

本文以淮北礦業(yè)集團(tuán)青東煤礦824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)前高壓水力強(qiáng)化沖煤卸壓技術(shù)的實(shí)施為工程背景，在采用底板密集穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯消除煤巷掘進(jìn)突出危險(xiǎn)的區(qū)域防突措施，經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)合格后，在回采前再實(shí)施一輪高壓水力化強(qiáng)化沖煤卸壓措施，通過高壓水力“鉆、沖、采”大量的軟煤，改變煤體結(jié)構(gòu)性能,有效的降低了煤層瓦斯壓力和瓦斯含量，從而確保安全回采，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 近煤層巖石巷道突出危險(xiǎn)性及揭煤難點(diǎn)分析

突出危險(xiǎn)區(qū)煤巷掘進(jìn)過程中突出危險(xiǎn)性主要來(lái)自于三個(gè)方面：（1）煤層賦存不穩(wěn)定，特別是因?qū)踊瑯?gòu)造引起的煤層急劇增厚區(qū)易富含瓦斯；（2）礦井地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，存在部分未查明的中小斷層，造成瓦斯和地應(yīng)力不能完全釋放；（3）8煤為松軟低透氣特厚煤層，透氣性較差，鉆孔施工結(jié)束合茬抽采效果不佳。

2 824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)工作面概況

824里工作面位于礦井82采區(qū)，工作面上鄰82采區(qū)邊界，下鄰826工作面（未準(zhǔn)備），東為 824 外工作面（未準(zhǔn)備），西以 82-DF16（H=0～20m）為界。

1）地質(zhì)構(gòu)造：824里機(jī)巷共計(jì)斷層13條，均為正斷層。其中落差小于2m斷層5條，對(duì)煤巷掘進(jìn)影響較?。宦洳?～5m斷層4條，對(duì)煤巷掘進(jìn)影響較大；落差5～10m斷層2條，落差大于10m斷層2條。

2）煤層賦存情況：煤（巖）層產(chǎn)狀 342°～40°∠6～11°平均 8°，煤層厚度為3.0～8.1m，平均6.3m，8煤層為黑色，粉末狀?yuàn)A塊狀，條帶狀結(jié)構(gòu)，半亮型，局部含兩層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。8煤層為穩(wěn)定厚煤層，變異系數(shù)為23.96%，可采指數(shù)為1。

3）上覆7煤層賦存情況：根據(jù)82采區(qū)煤層及瓦斯賦存情況，本次評(píng)價(jià)工作面上覆7煤層賦存極不穩(wěn)定，不具備開采保護(hù)層條件,實(shí)測(cè)該區(qū)段最大瓦斯含量為2.66m3/t。

4）瓦斯賦存情況：824里機(jī)巷走向長(zhǎng)260m，煤層厚度平均為6.3m，根據(jù)《青東煤礦82采區(qū)7、8煤層煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性區(qū)域劃分報(bào)告》可知，824里機(jī)巷位于突出危險(xiǎn)區(qū)。測(cè)得該區(qū)域8煤最大相對(duì)瓦斯壓力為0.86MPa，對(duì)應(yīng)煤層瓦斯含量為9.15m3/t，均大于突出危險(xiǎn)臨界值。

3 高壓水力強(qiáng)化沖煤卸壓防突技術(shù)

為滿足采掘工作面安全生產(chǎn)的需求，經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)合格后，在煤巷掘進(jìn)作業(yè)前再實(shí)施一輪高壓水力強(qiáng)化沖煤卸壓措施，進(jìn)一步預(yù)抽煤體瓦斯釋放應(yīng)力。鉆孔按孔底間距8m×8m布置，控制范圍至巷道兩側(cè)輪廓線外20m，沖煤水壓控制在6MPa左右，采取邊鉆進(jìn)邊沖孔的方式進(jìn)行施工，沖煤卸壓工程結(jié)束后，對(duì)鉆孔進(jìn)行合茬抽采。

利用此種方法主要有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）通過高壓水力“鉆、沖、采”大量的軟煤，改變煤體結(jié)構(gòu)性能；

2）水潤(rùn)濕軟化煤體釋放煤體儲(chǔ)存彈性能量，地應(yīng)力得到有效釋放；

3）煤層透氣性增強(qiáng)，加速煤層瓦斯解吸排采，有效降低煤層瓦斯壓力和瓦斯含量。

4 工程應(yīng)用

824里機(jī)巷采用預(yù)抽煤層瓦斯防突方案作為該區(qū)域區(qū)域性防突技術(shù)方案。該技術(shù)方案采用824里底抽巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯，孔底間距5m×5m網(wǎng)格布置，保護(hù)煤巷掘進(jìn)。預(yù)抽有效并經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)合格后，在煤巷掘進(jìn)作業(yè)前，利用824里工作面底板抽排巷鉆場(chǎng)，再實(shí)施一輪高壓水力強(qiáng)化沖煤卸壓措施，孔底間距15m×15m網(wǎng)格布置，利用高壓泵結(jié)合水力沖煤—水力潤(rùn)濕的綜合水力強(qiáng)排措施，沖出大量的煤粉，降低煤巷條帶及兩側(cè)輪廓線外20m的煤體應(yīng)力，充分濕潤(rùn)煤體，增加煤層透氣性，進(jìn)一步釋放煤體內(nèi)的瓦斯，待鉆孔施工結(jié)束后并入抽采系統(tǒng)進(jìn)一步預(yù)抽煤層瓦斯，保證煤巷掘進(jìn)工作面安全煤巷掘進(jìn)。

4.1 高壓水力沖煤鉆孔設(shè)計(jì)

圖1 高壓水力沖煤強(qiáng)化鉆孔設(shè)計(jì)

鉆孔共計(jì)施工16列，每列5個(gè)鉆孔，共計(jì)80個(gè)孔。每個(gè)鉆孔均施工至煤層頂板0.5m位置，并控制機(jī)巷及兩側(cè)輪廓線外不小于20m。按孔底間距15m×15m網(wǎng)格布置，鉆孔直徑為113mm以上。

4.2 鉆孔施工情況

利用824里底抽巷施工高壓水力沖煤強(qiáng)化鉆孔控制824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)區(qū)域，鉆孔終孔位置穿過煤層頂板0.5m處，鉆孔間距按孔底間距15m×15m網(wǎng)格布置，鉆孔直徑為113mm；鉆孔于2014年2月2日開始施工，2015年5月7日施工完畢，累計(jì)施工鉆孔81個(gè)，鉆孔深度平均為68m；累計(jì)沖出煤量482t，平均單孔沖出煤量5.5t。見圖2。

圖2 高壓水力沖煤強(qiáng)化鉆孔竣工平面圖

4.3 824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)情況

采用高壓水力沖煤強(qiáng)化卸壓措施之后，在824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)期間，利用鉆屑指標(biāo)法進(jìn)行工作面突出危險(xiǎn)性循環(huán)預(yù)測(cè)，測(cè)得最大鉆屑指標(biāo)△h2max最大值為80Pa，Smax=3.2kg，回風(fēng)流最大瓦斯?jié)舛?.23%，煤巷掘進(jìn)期間未發(fā)生任何煤與瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。提高煤巷掘進(jìn)單進(jìn)水平，保證了工作面正常接替，證明了該技術(shù)的有效性及可行性。

5 結(jié)論

針對(duì)突出危險(xiǎn)區(qū)無(wú)保護(hù)層開采煤巷掘進(jìn)瓦斯治理問題，提出了在區(qū)域措施治理有效后再次利用高壓水力沖煤強(qiáng)化卸壓措施的方法，通過在青東煤礦的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，證明了該技術(shù)方法的安全有效性。

1）針對(duì)突出危險(xiǎn)區(qū)無(wú)保護(hù)層開采煤巷掘進(jìn)瓦斯治理問題，分析了突出危險(xiǎn)區(qū)煤巷掘進(jìn)瓦斯治理的重點(diǎn)和突出原因，在分析現(xiàn)有的煤巷掘進(jìn)區(qū)域綜合治理措施的基礎(chǔ)上，提出了利用底板抽排巷再次施工高壓水力沖煤強(qiáng)化卸壓鉆孔進(jìn)一步消突的方法；

2）在青東煤礦824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)防突過程中，采用區(qū)域預(yù)抽鉆孔+高壓水力強(qiáng)化沖煤卸壓措施進(jìn)行消突的方法，結(jié)合824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)期間突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)指標(biāo)及煤巷掘進(jìn)期間瓦斯情況，驗(yàn)證了該方法通過改變了地應(yīng)力、瓦斯、煤的結(jié)構(gòu)性能三個(gè)突出主導(dǎo)因素，保證了煤巷掘進(jìn)作業(yè)不受瓦斯、地應(yīng)力影響，實(shí)現(xiàn)了快速安全煤巷掘進(jìn)。為其他突出礦井解決該問題提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

[1]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1992:106～108.

[2]青東煤業(yè)公司824里機(jī)巷煤巷掘進(jìn)瓦斯綜合治理方案[Z].

[3]青東煤業(yè)公司松軟低透氣性突出煤層應(yīng)用沖孔強(qiáng)排措施解突效果研究[Z].