“四位一體”防突措施在蘆河煤業(yè)有限公司3號(hào)煤層中的應(yīng)用

楊建宏

摘 要：“安全第一，預(yù)防為主”是我國(guó)煤炭安全生產(chǎn)工作長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。山西蘭花集團(tuán)蘆河煤業(yè)有限公司井田位于山西省沁水煤田西南部邊緣，批準(zhǔn)開(kāi)采3～15號(hào)煤層，井田面積9.1814 km2，生產(chǎn)規(guī)模為90萬(wàn)t/a。2011年12月山西省煤炭廳以晉煤瓦發(fā)[2011]1775號(hào)文進(jìn)行了批復(fù)。該礦開(kāi)采3號(hào)煤層時(shí)，屬于高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井。根據(jù)該煤層賦存條件及集團(tuán)公司防止煤與瓦斯突出管理的相關(guān)規(guī)定，為確保安全生產(chǎn)，提前釋放煤層前方及深部的應(yīng)力，防止煤與瓦斯突出，制定該工作面“四位一體”綜合防突措施。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出礦井 區(qū)域綜合防突措施 局部綜合防突措施

中圖分類號(hào)：TD713 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（b）-0134-02

在煤礦井下由于地應(yīng)力和瓦斯的共同作用，在極短的時(shí)間內(nèi)，破碎的煤和瓦斯由煤體內(nèi)或巖體內(nèi)突然向采掘空間拋出的一場(chǎng)動(dòng)力現(xiàn)象，稱為煤與瓦斯突出。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的第十四條規(guī)定“有突出危險(xiǎn)的新建礦井及突出礦井的新水平、新采區(qū)，必須編制防突專項(xiàng)設(shè)計(jì)。山西蘭花集團(tuán)蘆河煤業(yè)有限公司3號(hào)煤層為突出煤層，在3號(hào)煤層的采掘活動(dòng)中嚴(yán)格按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中的區(qū)域綜合防突措施和局部綜合防突措施執(zhí)行。

1 3號(hào)煤層簡(jiǎn)介

3號(hào)煤層：位于山西組中下部，井田內(nèi)外有鉆探、井巷工程控制，煤層厚度4.75～7.49 m，平均6.01 m。井田中東部煤層較薄，向西有變厚的趨勢(shì)，煤層穩(wěn)定，賦存區(qū)全部可采，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常含有0～2層夾矸，局部含5層夾矸，煤層頂板為粉砂巖，局部為砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。

1.1 煤的物理性質(zhì)和宏觀煤巖特征

3號(hào)煤層：黑—灰黑色，似金屬、強(qiáng)玻璃光澤，貝殼狀、階梯狀斷口，均一或條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀、塊狀構(gòu)造，內(nèi)生裂隙發(fā)育，硬度3～4級(jí)。宏觀煤巖組分以亮煤為主，鏡煤次之，夾暗煤及絲炭條帶，為光亮型煤。，視密度1.45 t/m3。

1.2 瓦斯涌出量鑒定及預(yù)測(cè)

2011年12月山西省煤炭廳以晉煤瓦發(fā)[2011]1775號(hào)文進(jìn)行了批復(fù)。該礦開(kāi)采3號(hào)煤層達(dá)到0.9 Mt/a設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力時(shí)，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為141.79 m3/min，其中，回采瓦斯涌出量為53.23 m3/min，約占全礦井瓦 斯涌出的37.5%；掘進(jìn)瓦斯涌出量為19.10 m3/min，約占全礦井瓦斯涌出的13.5%；采空區(qū)瓦斯涌出量為 69.46 m3/min，約占全礦井瓦斯涌出49%。結(jié)論為：山西蘭花集團(tuán)蘆河煤業(yè)有限公司開(kāi)采3號(hào)煤層時(shí)，屬于高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井。

1.3 煤塵爆炸性

據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測(cè)試中心2011年9月11日對(duì)井田內(nèi)開(kāi)采3號(hào)煤層煤塵爆炸性取樣進(jìn)行測(cè)試（晉煤檢[2011]0603-MB-E1648），結(jié)果如下：火焰長(zhǎng)度0 mm，加巖粉量0%，煤塵云最低著火溫度>1000℃，煤塵層最低著火溫度>400℃，結(jié)論為無(wú)爆炸性。

1.4 煤的自燃傾向性

據(jù)山西省煤炭工業(yè)局綜合測(cè)試中心2011年9月11日對(duì)井田內(nèi)開(kāi)采3號(hào)煤層煤的自燃傾向性取樣進(jìn)行測(cè)試（晉煤檢[2011]0603-MR-E1648），結(jié)果如下：煤的吸氧量為1.26 cm3/g，自燃等級(jí)為Ⅲ類，結(jié)果為不易自燃煤層。

2 區(qū)域綜合防突措施

蘆河煤業(yè)有限公司礦井防突工作應(yīng)堅(jiān)持區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補(bǔ)充的原則。突出礦井采掘工作做到不掘突出頭、不采突出面。未按要求采取區(qū)域綜合防突措施的，嚴(yán)禁進(jìn)行采掘活動(dòng)。

2.1 區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

蘆河煤業(yè)有限公司3#煤層工作面采用綜采分層開(kāi)采，采用全部跨落法管理頂板。在開(kāi)采3號(hào)煤層時(shí)，必須進(jìn)行區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和工作面預(yù)測(cè)。如未進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)，按突出危險(xiǎn)區(qū)管理。在突出威脅區(qū)域和無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)域開(kāi)采3號(hào)煤層時(shí)有下列情況之一的，應(yīng)視為突出危險(xiǎn)工作面：（1）在前方有構(gòu)造破壞帶，包括斷層、褶曲、火成巖侵入等；（2）工作面前方煤層賦存條件，煤層厚度、硬度、軟分層、傾角等急劇變化的區(qū)域；（3）工作面采掘應(yīng)力迭加的區(qū)域；（4）在工作面預(yù)測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)噴孔、頂鉆等動(dòng)力現(xiàn)象；（5）工作面出現(xiàn)明顯突出預(yù)兆，如響煤炮、煤壁掉渣、片幫等瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。

在突出危險(xiǎn)工作面必須采取“四位一體”綜合防突措施，只有在效果檢驗(yàn)證實(shí)措施有效后，方可在采取安全防護(hù)措施的情況下進(jìn)行采煤作業(yè)。

2.2 區(qū)域防突措施

預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施可采用穿層鉆孔布置方式、順層交叉鉆孔布置等方式。穿層鉆孔或順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應(yīng)當(dāng)控制區(qū)段內(nèi)的整個(gè)開(kāi)采塊段、兩側(cè)回采巷道及其外側(cè)一定范圍內(nèi)的煤層。

（1）順層鉆孔或穿層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應(yīng)當(dāng)控制整個(gè)開(kāi)采塊段的煤層；（2）順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施的鉆孔應(yīng)控制的條帶長(zhǎng)度不小于60 m；巷道兩側(cè)的控制范圍煤層巷道上幫輪廓線外至少20 m，下幫至少10 m；其他為巷道兩側(cè)輪廓線外至少各15 m。（3）當(dāng)煤巷掘進(jìn)和回采工作面在預(yù)抽防突效果有效的區(qū)域內(nèi)作業(yè)時(shí)，工作面距未預(yù)抽或者預(yù)抽防突效果無(wú)效范圍的前方邊界不得小于20 m；（4）厚煤層分層開(kāi)采時(shí)，預(yù)抽鉆孔應(yīng)當(dāng)控制開(kāi)采的分層及其上部至少20 m、下部至少10 m（均為法向距離，且僅限于煤層部分）。（5）預(yù)抽煤層瓦斯鉆孔應(yīng)當(dāng)在整個(gè)預(yù)抽區(qū)域內(nèi)均勻布置，鉆孔間距應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際考察的煤層有效抽放半徑確定。

采用預(yù)抽煤層瓦斯防治突出措施時(shí)，鉆孔封堵必須嚴(yán)密。預(yù)抽煤層順層鉆孔布置見(jiàn)圖1。

在開(kāi)采3號(hào)突出煤層時(shí)，在采取順層鉆孔預(yù)抽3號(hào)煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施時(shí)，鉆孔的封孔深度不得小于8 m，鉆孔孔口抽放負(fù)壓不得小于13 kPa。鉆孔的最小控制范圍是采煤工作面前方超前距20 m。

2.3 區(qū)域措施效果檢驗(yàn)

對(duì)預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)經(jīng)試驗(yàn)考察（應(yīng)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第四十二條要求的程序）確定的臨界值進(jìn)行評(píng)判。在確定前可以按照如下指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判：可采用殘余瓦斯壓力指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，如果沒(méi)有或者缺少殘余瓦斯壓力資料，也可根據(jù)殘余瓦斯含量進(jìn)行檢驗(yàn)，并且煤層殘余瓦斯壓力小于0.74 MPa或殘余瓦斯含量小于8 m3/t的預(yù)抽區(qū)域?yàn)闊o(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)，否則，即為突出危險(xiǎn)區(qū)，預(yù)抽防突效果無(wú)效。

3 局部綜合防突措施

3.1 煤巷掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

礦井在開(kāi)采3號(hào)煤層時(shí)須進(jìn)行區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，當(dāng)經(jīng)區(qū)域預(yù)測(cè)為突出危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，煤巷掘進(jìn)工作面必須采取綜合防突措施。只有效果檢驗(yàn)證實(shí)措施有效后，方可在采取安全防護(hù)措施的情況下進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)；當(dāng)經(jīng)區(qū)域預(yù)測(cè)為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)域且無(wú)其他異常的時(shí)，在工作面掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，可不采取“四位一體”綜合防突措施；當(dāng)經(jīng)區(qū)域預(yù)測(cè)為突出威脅區(qū)域時(shí)，在采取安全防護(hù)措施的前提下，煤巷每掘進(jìn)30～100 m，必須進(jìn)行不少于2次的工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，只要其中任何一次預(yù)測(cè)有突出危險(xiǎn)，則從該次預(yù)測(cè)起，該突出區(qū)域改定為突出危險(xiǎn)區(qū)。如未進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)，按突出危險(xiǎn)區(qū)管理。

3.2 煤巷掘進(jìn)防治煤與瓦斯突出措施

煤巷掘進(jìn)工作面采用底板巖石抽放巷和超前鉆孔為工作面防突措施，用于抽放3#煤層瓦斯，進(jìn)行消突。

3.2.1底板瓦斯抽采巷的布置方式

煤巷掘進(jìn)前宜預(yù)先在距煤層底板15m左右開(kāi)巖巷對(duì)預(yù)掘巷道進(jìn)行預(yù)抽，達(dá)到消突要求后再進(jìn)行煤巷掘進(jìn)。其抽采瓦斯方法如下：（1）在距煤層底板15m左右處開(kāi)掘巖巷，設(shè)計(jì)斷面尺寸3×3×2m（具體尺寸可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定），錨網(wǎng)支護(hù)。在巷道頂板布置瓦斯抽采鉆孔，每隔4m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)斷面布置19個(gè)鉆孔，鉆孔必須穿透煤層的頂板0.5 m以上。（2）抽采瓦斯鉆孔布置：鉆孔技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2，抽采鉆孔布置見(jiàn)圖2所示。

3.2.2掘進(jìn)工作面邊掘邊抽方式

蘆河煤業(yè)有限公司3#煤層掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)計(jì)為19.10 m3/min，必須進(jìn)行瓦斯抽采，設(shè)計(jì)采用邊掘邊抽的抽采方法。掘進(jìn)工作面消突以后，再進(jìn)行“掛耳式邊掘邊抽”，首先向順槽巷道前方及兩側(cè)打煤層定向長(zhǎng)鉆孔，預(yù)先抽采巷道及兩側(cè)煤體內(nèi)的瓦斯，然后在掘進(jìn)巷道兩側(cè)，隔一定距離，施工一個(gè)鉆機(jī)窩，在鉆機(jī)窩內(nèi)施工扇形超前鉆孔，利用鉆孔預(yù)抽煤層中的瓦斯。鉆場(chǎng)規(guī)格為：3×3×2.5（高）m，每個(gè)鉆場(chǎng)可以布置4個(gè)鉆孔，第一個(gè)鉆孔開(kāi)孔點(diǎn)距巷幫1m，下個(gè)鉆孔距上個(gè)鉆孔開(kāi)孔點(diǎn)間隔為0.6m。鉆孔巷道中心線夾角分別為3°、6°、10°、15°，其終孔距離巷幫分別約為5m、10m、16m、23.5m，滿足規(guī)定要求。同時(shí)，掘進(jìn)工作面聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)施工超前鉆孔進(jìn)行保護(hù)煤柱預(yù)抽，聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)布置3個(gè)預(yù)抽鉆孔，鉆孔間距為8m、深度為120m。技術(shù)參數(shù)如表3所示。

巷旁鉆孔預(yù)抽以后，但掘進(jìn)工作面瓦斯涌出通風(fēng)不能解決的情況下，可在掘進(jìn)工作面迎頭施工扇形鉆孔進(jìn)行預(yù)抽。其布置方式及鉆孔參數(shù)分別見(jiàn)圖3、表4所示。

3.2.3煤巷掘進(jìn)工作面防突措施效果檢驗(yàn)

煤巷掘進(jìn)工作面執(zhí)行防治突出措施后，必須進(jìn)行防突措施的效果檢驗(yàn)。只有當(dāng)防突措施有效后，在執(zhí)行安全防護(hù)措施的前提下，方可掘進(jìn)。否則，必須進(jìn)行補(bǔ)充防突措施，補(bǔ)打超前釋放鉆孔或延長(zhǎng)釋放時(shí)間，并再次進(jìn)行效果檢驗(yàn)，直至防突措施有效為止。對(duì)防突措施進(jìn)行效果檢驗(yàn)，即在采取防突措施后再一次進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。若預(yù)測(cè)指標(biāo)均小于該指標(biāo)的臨界值，則證明防突措施有效。

4 結(jié)語(yǔ)

礦井在實(shí)際生產(chǎn)中按照參照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施采用穿層鉆孔布置方式、順層交叉鉆孔布置方式，3號(hào)煤層礦井瓦斯涌出量為141.79 m3/min，礦井瓦斯抽放量為99 m3/min，礦井風(fēng)排瓦斯量為42.79 m3/min，礦井瓦斯抽放率約為70%。煤巷掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)因用較簡(jiǎn)單易行煤鉆屑解吸指標(biāo)法、鉆孔瓦斯涌出初速度法兩種方法，大量節(jié)省防突措施費(fèi)用，采用“四位一體”防突措施以來(lái)，3號(hào)煤層在生產(chǎn)中，沒(méi)有發(fā)生一起煤與瓦斯突出事故，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障。

參考文獻(xiàn)

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