高瓦斯礦井近距離煤層群石門快速揭煤工藝研究及應(yīng)用

廖祥奎 帥文東

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

高瓦斯礦井近距離煤層群石門快速揭煤工藝研究及應(yīng)用

廖祥奎 帥文東

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

在煤礦開采中，揭煤突出問題的解決非常重要，必須了解石門揭煤突出的特點和防突機(jī)理，采取合理的石門揭煤技術(shù)進(jìn)行揭煤。本文結(jié)合具體實例，探討了高瓦斯礦井近距離每層群的石門快速揭煤工藝的施工，實現(xiàn)了安全快速的揭煤，以供參考。

高瓦斯；礦井；石門快速揭煤

引言

在許多煤炭的開采工程中，所開采的往往是高瓦斯的近距離突出煤層。在開采的過程中，因為煤層瓦斯的含量較高，且存在嚴(yán)重的突出問題，傳統(tǒng)的石門揭煤工藝揭煤次數(shù)多，帶來很大工作量，為了解決此類弊端，需要采取分布揭煤的方法，研究出更加行之有效的石門快速揭煤工藝。

1 近距離煤層群石門快速揭煤工藝

1.1 常見揭煤工藝

礦井開采難以避免瓦斯突出危險，揭煤作業(yè)時非常容易發(fā)生危險，且揭煤時間長，是我國礦井安全生產(chǎn)技術(shù)的重點以及采掘作業(yè)的瓶頸工程。目前為止，我國的揭煤方法主要有以下兩種：

（1）導(dǎo)酮揭煤法：在揭煤前先掘進(jìn)一條平行于煤層底板的導(dǎo)銅然后采用放震動炮的方法進(jìn)行揭煤，其優(yōu)點是能夠一次揭露煤層，它的缺點在于輔助工程較多必須做導(dǎo)酮，炮眼的數(shù)目也較多，所需炸藥量也多，對放炮器的電壓要求非常高，揭煤完成后會在巷道頂板產(chǎn)生大面積的空洞，易于積聚瓦斯，引起瓦斯事故，造成人身傷害。

（2）直接揭煤法：運用多次循環(huán)放震動炮的方式從巷道的底板巖石進(jìn)入煤層的方法。其優(yōu)點是不需要大量的輔助工程，不需要導(dǎo)酮，可以直接利用現(xiàn)有的巷道，炮眼的數(shù)目較少，所需炸藥量也不多；其缺點是所需揭煤時間較長。在傳統(tǒng)的揭煤方法中，揭煤作業(yè)花費較長時間，危險性很大，并且預(yù)測的準(zhǔn)確性也不高，因此其優(yōu)化改良一直是困擾我國煤炭企業(yè)的難點。

1.2 石門快速揭煤工藝

石門揭煤在煤礦開采的防突施工中至關(guān)重要，而防突工藝更是實現(xiàn)其高效、安全的前提。有些煤礦開采的是高瓦斯近距離突出煤層群，煤層瓦斯含量高，突出嚴(yán)重。采用石門聯(lián)系各煤層開采，石門揭煤次數(shù)多，石門揭煤防治煤與瓦斯突出工作量大。因此，需要找到一種既安全，又快速的揭煤工藝和方法，通過大膽創(chuàng)新和理論分析與試驗，采用在揭煤前進(jìn)行穿層鉆孔提前進(jìn)行預(yù)抽，然后進(jìn)行煤巖體注漿固化，確定整個揭煤工作面完全消突并采取安全防護(hù)措施后，采用綜掘機(jī)揭煤工藝。該將整個揭煤過程一分為二，包括石門揭開煤層和過石門門坎的半煤巷及過煤門的煤巷掘進(jìn)兩個階段，采取分步揭煤、步步到位的揭煤方法，提出行之有效的石門快速揭煤工藝技術(shù)。

2 石門快速揭煤中的瓦斯治理

在石門快速揭煤中，首先要重視對其中瓦斯的治理，以營造更加安全的開采施工環(huán)境，具體來說，其治理步驟如下：

（1）進(jìn)行巖巷施工，施工到距離煤層約10m的位置，至少應(yīng)設(shè)置2個前探鉆孔，探明石煤層與門工作面的位置，掌握開采煤層的賦存條件和地質(zhì)狀況。

（2）當(dāng)石門施工到煤層的法線約5m處，布置5個預(yù)測鉆孔，布置位置分別是在巷道中線布置1個，巷道上、下、左、右各個方位布置1個。一般來說，鉆孔控制范圍，為石門工作面巷道的輪廓線外8m。測定鉆屑瓦斯的解吸指標(biāo)，對煤層突出危險進(jìn)行預(yù)測。

（3）如果預(yù)測存在突出危險，為消除或降低該危險，需要降低瓦斯含量，確保揭煤安全，而不影響巷道掘進(jìn)，有效提高石門揭煤速度?？稍谙锏赖膬蓭妥鲢@場打穿層鉆孔，進(jìn)行煤層預(yù)抽，其工作面距離煤層法線約5m處，進(jìn)行穿層抽采鉆孔，或超前排放鉆孔，用來抽采或排放煤層瓦斯。

（4）當(dāng)施工到距煤層法線3m時，檢驗巷道影響范圍內(nèi)的瓦斯排放效果。如果檢驗無危險，或者煤層的瓦斯量明顯減少，可采用“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快掘進(jìn)、錨網(wǎng)噴”的施工技術(shù)，將石門掘至煤層法線距離2m；否則需補(bǔ)充抽、排放鉆孔，以消除危險。

（5）當(dāng)石門距煤層法線2m處，預(yù)測煤層瓦斯突出危險性。若無危險，則使用綜掘機(jī)掘進(jìn)揭開煤層；否則，需補(bǔ)充抽、排放鉆孔，以消除危險。

3 漸進(jìn)式快速石門揭煤工藝的運用

漸進(jìn)式快速石門揭煤方法是一種采用分階段消突，分階段進(jìn)行掘進(jìn)的方法，使具有突出危險性的煤層達(dá)到消突的效果，進(jìn)而實現(xiàn)安全揭煤的目的。該方法主要針對現(xiàn)場瓦斯壓力和防突參數(shù)快速測定，突出危險性多參數(shù)綜合指標(biāo)預(yù)測，瓦斯抽放鉆孔優(yōu)化布置，減少瓦斯抽放鉆孔工程量及其消突時間，優(yōu)化了瓦斯抽放的效果，做到安全、快速揭煤。

漸進(jìn)式快速石門揭煤方法把從工作面與煤層底板垂距為l0m開始直到穿過煤層進(jìn)入煤層頂板巖層與煤層垂距為2m為止的整個揭煤作業(yè)過程劃分為5個部分來施工，即：在10m巖柱區(qū)施工5個地質(zhì)兼測壓鉆孔，預(yù)測突出危險性；在7m巖柱區(qū)施工瓦斯抽放鉆孔，消除突出危險性；在5m巖柱區(qū)再次對突出危險性進(jìn)行預(yù)測，決定是否補(bǔ)充抽（排）放措施；1.5m巖柱區(qū)做最后預(yù)測，若安全，進(jìn)行揭煤作業(yè)。所以該方法又可以稱為“五步法”，其工藝流程如下（見圖1）：

（1）在距離煤層法距為l0m時施工5個穿過煤層全厚的前探鉆孔，確定煤層位置、產(chǎn)狀。選擇兩個前探鉆孔兼做測壓鉆孔，用來測定煤層的原始瓦斯壓力，并取煤樣在實驗室測定煤層的瓦斯放散初速度和煤的堅固性系數(shù)仍等參數(shù)，對煤層的突出危險性做出預(yù)測。

（2）若有突出危險，工作面掘進(jìn)至距煤層法距7m以前，施工瓦斯抽放鉆孔抽放瓦斯，一段時間后對瓦斯抽放效果進(jìn)行檢驗直至有效，再繼續(xù)向前掘進(jìn)。

（3）工作面掘進(jìn)至距離煤層法距為5m時，施工3～5個鉆孔，預(yù)測煤層的突出危險性，若有突出危險性，補(bǔ)充抽放鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放，一段時候后再進(jìn)行效果檢驗直至有效，若無突出危險，繼續(xù)向前施工。

（4）工作面掘進(jìn)至距離煤層法距為1.5m時，施工3個鉆孔預(yù)測煤層的突出危險性，若有突出危險，在有突出危險性鉆孔周圍補(bǔ)打抽（排）放鉆孔，抽（排）放瓦斯，一段時間后再進(jìn)行效果檢驗直至有效。

（5）1.5m垂距無突出危險后，在做好安全防護(hù)措施的條件下，采取淺掘淺進(jìn)的方式，多循環(huán)，少裝藥，用正常掘進(jìn)的方式掘開、進(jìn)入煤層。在揭煤全過程中不進(jìn)行震動放炮，但采取遠(yuǎn)距離放炮等安全防護(hù)措施，直至掘進(jìn)到穿過煤層底板巖層距煤層法向距離2m處。

圖1 五步漸進(jìn)式快速石門揭煤技術(shù)工藝流程圖

4 快速石門揭煤工藝運用實例

4.1 礦井概況

某一單斜構(gòu)造煤礦，地層走向北西至南東，傾向北東，傾角5～56°，發(fā)現(xiàn)斷層49條，其中正斷層45條，逆斷層4條，發(fā)育一組背向斜，滑坡六處，構(gòu)造類型屬中等。

礦井設(shè)計生產(chǎn)能力300萬t/a，采用斜井開拓方式，分期建設(shè)，一期設(shè)計生產(chǎn)能力90萬t/a。一期在老馬場工業(yè)場地布置主、副及回風(fēng)斜井3個井筒，主、副斜井井口標(biāo)高為+1441m，傾角15°，回風(fēng)斜井井口標(biāo)高為+1450m，傾角25～14°。2號回風(fēng)石門位于化樂煤礦一井區(qū)第二階段，標(biāo)高+1355m，距地表垂深120～140m，在掘進(jìn)時按25°的方位掘進(jìn)，巷道設(shè)計斷面為11.7m2，巷道設(shè)計長度為400m。2號回風(fēng)石門掘進(jìn)至里程為K0+114m處，根據(jù)此前的地質(zhì)鉆孔資料，工作面與3-2煤層的法線距離為10m。

4.2 鉆孔施工

4.2.1 前探鉆孔

2號回風(fēng)石門掘進(jìn)至K0+114m時，與3-2煤層法距為10m，為了準(zhǔn)確掌握煤層的層位、傾角、厚度、頂?shù)装鍘r性、地質(zhì)構(gòu)造等情況，停止作業(yè)，施工5個地質(zhì)預(yù)測鉆孔，鉆孔必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行施工，并滿足以下要求：

（1）地質(zhì)預(yù)測鉆孔必須穿透煤層全厚并進(jìn)入煤層頂板巖層不小于0.5m，施工時必須詳細(xì)記錄巖芯資料；

（2）在施工地質(zhì)預(yù)測鉆孔時，每米煤孔取一個煤樣，測定煤層的堅固性系數(shù)（f），把每個鉆孔所得的堅固性系數(shù)最小值加以平均作為煤層軟分層的平均堅固性系數(shù)；

（3）將堅固性系數(shù)最小的兩個煤樣混合后，測定煤層瓦斯放散初速度。前探鉆孔布置平面圖如圖2。

圖2 前探鉆孔布置平面圖

4.2.2 抽放鉆孔

為了消除煤層的突出危險性，根據(jù)該煤礦的實際情況，選擇鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯作為防突措施。2號回風(fēng)石門掘進(jìn)至K0+122m時，與3-2煤層的法線距離為7m，這時，停止掘進(jìn)，做好支護(hù)，準(zhǔn)備施工抽放鉆孔對煤層瓦斯進(jìn)行抽放。

4.3 快速揭煤作業(yè)

2號回風(fēng)石門掘進(jìn)至K0+136m時，工作面與煤層的法向距離為1.5m，停止掘進(jìn)，再次進(jìn)行突出危險性預(yù)測，沿煤層方向打了3個鉆孔對工作面突出危險性進(jìn)行最后驗證，根據(jù)測定的K1值，預(yù)測3-2煤層的煤與瓦斯突出的危險性。只有當(dāng)工作面預(yù)測或措施效果檢驗為無突出危險時，方可在采取安全防護(hù)措施的條件下采用遠(yuǎn)距離放炮揭穿煤層，若驗證結(jié)果出現(xiàn)有突出危險時或打鉆出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象時，必須按照要求補(bǔ)充局部防突措施。

測得的K1值分別為0.14、0.14、0.16，可知3-2煤的突出危險性己經(jīng)消除，可進(jìn)行揭煤作業(yè)。

采用遠(yuǎn)距離放炮的方式揭開3-2煤層，0.5h內(nèi)瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)0.22%，平均濃度為0.14%，驗證了排放鉆孔的有效性。揭煤后0.5h內(nèi)，對煤層瓦斯涌出量進(jìn)行統(tǒng)計，放炮后探頭瓦斯?jié)舛茸兓€如圖3所示。揭露3-2煤層后停頭16h，必須在進(jìn)行安全處理和可靠支護(hù)后才可恢復(fù)施工。過煤門時，采用φ42mm的麻花鉆桿在煤層中部布置3個檢驗考察孔，孔深為10m，沿煤層傾角布置，若經(jīng)預(yù)測證實工作面無突出危險，方可按照投影距離進(jìn)行批掘，直至巷道穿過煤層頂板2m為止。

圖3 放炮后探頭瓦斯?jié)舛茸兓€圖

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的石門揭煤工藝的主要弊病在于防突時間過長，安全系數(shù)低，而采用“分步揭煤、步步到位”的技術(shù)，不僅能夠完全消突，加強(qiáng)支護(hù)，還能夠達(dá)到安全防護(hù)的要求，使揭煤過程劃整為零，分步實施，增加可靠性，將揭煤工期縮短63%，實現(xiàn)了安全快速揭煤，為石門揭煤的局部防突找到了新途徑。

[1]劉宏江.松軟突出煤層石門快速揭煤技術(shù)應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化，2012（04）：13～15.

[2]王冠，張永將，洪峰，等.石門松動爆破快速揭煤技術(shù)研究[J].建井技術(shù)，2011，31（6）：31～33.

[3]王文選，王利強(qiáng)，張明杰.水力壓裂與強(qiáng)化抽放石門快速揭煤技術(shù)[J].煤礦安全，2010，41（7）：27～30.

TD713.3

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2016-3-20