深井掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出—沖擊地壓復(fù)合型動力災(zāi)害防治措施

文/楊建坤 楊杰

深井掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出—沖擊地壓復(fù)合型動力災(zāi)害防治措施

文/楊建坤 楊杰

生產(chǎn)實際表明，深部高瓦斯煤層發(fā)生的動力災(zāi)害往往表現(xiàn)出兼具煤與瓦斯突出和沖擊地壓兩種災(zāi)害的特征。因此，具有沖擊地壓傾向的礦井在進(jìn)行瓦斯抽放時要控制瓦斯抽放量，使瓦斯抽放后煤體中的瓦斯含量控制在臨界值附近，達(dá)到既降低瓦斯危險又避免沖擊地壓發(fā)生的目的。同時，在有沖擊地壓危險的采區(qū)可采取煤層注水措施，改善因瓦斯抽放造成的沖擊地壓危險，減少沖擊地壓發(fā)生后的瓦斯涌出量。

夾河煤礦7451皮帶機道位于-1200m水平西一采區(qū)，設(shè)計長度1248m，煤層厚度1.1～2.5m，平均2.0m，煤層傾角18～30°，平均22°；井下標(biāo)高在-1170～-1200m之間，全長均屬于煤與瓦斯突出危險區(qū)和地壓沖擊危險區(qū)域。本文以夾河煤礦7451皮帶機道為例，闡明了采用施工瓦斯抽采兼卸壓鉆孔結(jié)合煤體注水的方法，是一種簡單且有效防治煤與瓦斯突出—沖擊地壓復(fù)合型動力災(zāi)害的良好手段。

一、工作面未采取措施前原始瓦斯含量及壓力測定

夾河煤礦在7451皮帶機道開窩前，對迎頭內(nèi)部60m深度煤體進(jìn)行取樣。并使用DGC瓦斯含量直接測定裝置對其進(jìn)行粉碎解析，測得煤體原始瓦斯含量及瓦斯壓力數(shù)值見表1。

表1 采取措施前瓦斯含量及瓦斯壓力數(shù)值

根據(jù)防治煤與瓦斯突出規(guī)定，當(dāng)煤體內(nèi)瓦斯含量大于8m3/t，或瓦斯壓力大于0.74MPa時，均可認(rèn)為具有突出危險。從表1可看出，7451運輸機道無論煤體瓦斯含量和瓦斯壓力均超出危險指標(biāo)。

二、工作面未采取措施前的沖擊危險性

根據(jù)2013年中國礦業(yè)大學(xué)對夾河煤礦7煤及其頂板沖擊傾向性鑒定實驗報告數(shù)據(jù)表明，夾河煤礦7煤煤層屬Ⅱ類，為具有弱沖擊傾向性的煤層；7煤頂板屬Ⅱ類，為弱沖擊傾向性的巖層。該掘進(jìn)工作面利用綜合指數(shù)法對該區(qū)域沖擊危險程度進(jìn)行評估結(jié)果為0.4，屬弱沖擊危險。

7451運輸機道在掘進(jìn)超過50m后，工作期間，煤炮聲較為頻繁，巷道內(nèi)頂板下沉、兩幫外鼓均較為嚴(yán)重，多處錨桿錨索失效。采取在巷道內(nèi)扶工字鋼棚配合加密錨索的方式進(jìn)行支護。

在該處進(jìn)行鉆屑法檢測時，鉆孔深度施工至8m后開始普遍出現(xiàn)鉆進(jìn)困難、吸鉆卡鉆埋死鉆桿,以及鉆進(jìn)過程中的煤炮現(xiàn)象。在巷道內(nèi)礦壓顯現(xiàn)較嚴(yán)重區(qū)段巷幫隨機布置4個鉆屑檢測孔，對鉆屑涌出量進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。

表2 采取措施前煤體鉆屑量檢測數(shù)值

三、工作面煤與瓦斯突出和沖擊地壓防治綜合治理措施

1.鉆孔卸壓

迎頭鉆孔設(shè)計。在設(shè)計鉆孔分布時，采用從中部長孔向兩側(cè)逐漸進(jìn)行偏移的方式進(jìn)行。即先設(shè)計出中線附近長鉆孔，再逐漸向兩側(cè)以鉆孔有效抽采半徑的2倍（3m）進(jìn)行偏移。而不是簡單的以終孔點間距3m進(jìn)行布孔，既能夠大大減少鉆孔數(shù)量，縮短單循環(huán)作業(yè)時間，又能符合防突規(guī)定要求。將鉆孔直徑定為113mm，可同時滿足防沖大直徑鉆孔卸壓要求。

兩幫鉆孔參數(shù)設(shè)計。由于鉆孔抽采的有效半徑為1.5m，該處煤層厚度平均為2.0m，故在煤層中部布置單排鉆孔即可滿足全厚范圍抽采需求。鉆孔施工時，方向與走向垂直，傾角與施工地點煤層傾角相同，故鉆孔的間距應(yīng)選取2倍抽采有效半徑，以確保鉆孔抽采范圍能夠搭茬，不留抽采盲區(qū)。

2.高壓注水卸壓

由于巷道迎頭和兩幫已提前施工瓦斯抽采兼卸壓鉆孔，夾河煤礦直接利用其進(jìn)行注水。迎頭由于鉆孔施工密度較大，不宜全部進(jìn)行注水，選擇其中的3～5個孔進(jìn)行注水即可。見圖1和圖2。

圖1 迎頭注水孔示意圖

圖2 幫部注水孔示意圖

注水過程中，壓力不足時，可使用加壓泵使水壓增加至6~12MPa。若煤壁出水或有相鄰鉆孔出水，則說明煤體已經(jīng)產(chǎn)生裂隙，須停止注水。

四、防治效果的論證

1.鉆孔卸壓結(jié)合煤體注水施工前后煤體瓦斯含量及壓力對比

7451運輸機道迎頭、兩幫進(jìn)行鉆孔卸壓并注水后，對迎頭以里及幫部煤體進(jìn)行取樣，使用DGC瓦斯含量直接測定裝置對其瓦斯含量及壓力進(jìn)行測定。測定結(jié)果見表3。

表3 采取措施后煤體瓦斯含量及壓力數(shù)值

2.鉆孔卸壓結(jié)合煤體注水施工前后鉆屑量數(shù)據(jù)對比

7451運輸機道迎頭、兩幫進(jìn)行鉆孔卸壓并注水后，對迎頭及幫部進(jìn)行沖擊危險性鉆屑法檢測。測定結(jié)果見表4。

表4 采取措施后煤體鉆屑量檢測數(shù)值（kg）

五、結(jié)語

夾河煤礦采用施工瓦斯抽采兼卸壓鉆孔結(jié)合煤體注水的綜合防治措施后，煤體的瓦斯含量下降了57.1%，瓦斯壓力下降了74.3%，鉆屑量檢測時每米涌出的鉆屑總重降低了6.7%～36.6%，巷道頂板變形速度減小了67%，兩幫移近速度減小了51%。上述方法對降低煤體瓦斯含量及壓力，降低煤體內(nèi)部積聚的彈性能，以及減小巷道變形都具有非常顯著的效果。

（作者單位：徐州礦務(wù)集團公司夾河煤礦）

（責(zé)任編輯：周瓊）