緩傾斜厚煤層石門揭煤快速掘進(jìn)技術(shù)

陳 孝

(山西南煤集團(tuán)南莊公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

0 引言

煤與瓦斯突出礦井中，石門揭煤工作難度較大。一是可能誘發(fā)煤與瓦斯突出，二是掘進(jìn)效率低。產(chǎn)生的主要原因是煤在地層應(yīng)力和瓦斯壓力共同作用下，獲得了一定的動(dòng)能，引發(fā)煤與瓦斯突出，同時(shí)該處煤層比較松軟，易出現(xiàn)噴孔和卡鉆現(xiàn)象，掘進(jìn)效率較低，有時(shí)還會(huì)影響施工人員安全。文中分析了緩傾斜厚煤層石門揭煤的工程特點(diǎn)，找出了存在問(wèn)題，研究了瓦斯防突技術(shù)和掘進(jìn)保護(hù)技術(shù)在緩傾斜厚煤層石門揭煤快速掘進(jìn)中應(yīng)用的可行性。

1 緩傾斜厚煤層石門揭煤的特點(diǎn)分析

圖1為一種緩傾斜厚煤層石門的示意圖，設(shè)計(jì)的標(biāo)高-539～-390 m，設(shè)計(jì)工程量509 m，呈185°方位角，掘進(jìn)坡度17°。巷道為半圓形直墻，拱形結(jié)構(gòu)。巷道凈斷面積10.4 m2，掘進(jìn)斷面積12.2 m，支護(hù)方式為錨網(wǎng)噴加錨索復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)，在地質(zhì)構(gòu)造和頂板破碎以及揭煤施工期間均采用架棚支護(hù)。該石門掘進(jìn)方式制約了掘進(jìn)速度，因此在該典型地質(zhì)情況下會(huì)出現(xiàn)掘進(jìn)效率低的問(wèn)題。根據(jù)三維地震波探測(cè)和檢測(cè)報(bào)告，石門揭煤部分煤層平均傾斜角為10°，平均厚度3.6 m。常規(guī)揭煤方式存在一定局限性。

2 緩斜厚煤層石門揭煤存在的問(wèn)題

2.1 瓦斯突出威脅

在緩傾斜厚煤層石門揭煤過(guò)程當(dāng)中，石門工作面為巖層到煤層的空間，從煤層底板開始的0.5 m處到煤層頂部的2 m處施工過(guò)程成為揭煤。在對(duì)該地質(zhì)條件的煤層進(jìn)行揭煤作業(yè)時(shí)，極容易遇到煤與瓦斯突出。突出是一種非常復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，突出之前，煤中會(huì)形成特殊形狀的孔洞，在孔洞中產(chǎn)生動(dòng)力，該動(dòng)力釋放后經(jīng)常會(huì)破壞巷道和設(shè)備。突出的瓦斯和煤粉經(jīng)常會(huì)像暴風(fēng)一樣，這種風(fēng)流會(huì)充滿甚至上千米長(zhǎng)的巷道。一旦遇到火源就會(huì)發(fā)生爆炸，造成的后果極其嚴(yán)重，對(duì)整個(gè)礦井造成毀滅性破壞。

圖1 緩傾斜厚煤層石門的工況示意圖

2.2 厚煤層的危險(xiǎn)

在緩傾斜厚煤層石門揭煤中，煤層厚度極大，石門硬度非常高，極容易造成鉆探機(jī)械的損傷，如果采用爆破方式，這種結(jié)構(gòu)的煤層厚度將大大影響到爆破的鉆孔和彈藥的布局。石門的難爆破性質(zhì)會(huì)致使彈藥的高消耗，影響施工的效率。

3 緩傾斜厚煤層石門揭煤的快速掘進(jìn)技術(shù)

3.1 快速掘進(jìn)過(guò)程中的瓦斯防突技術(shù)

預(yù)測(cè)瓦斯突出的危險(xiǎn)性：對(duì)于上述緩斜厚煤層石門揭煤時(shí)遇到的瓦斯威脅，可采用防患于未然的方式，首先做好預(yù)測(cè)工作，常用的預(yù)測(cè)手段大概分為如下幾種：①通過(guò)局部穿孔的方式測(cè)量標(biāo)定瓦斯壓力，瓦斯的壓力一旦被標(biāo)定，后續(xù)的防突工作可以有的放矢；②選取煤炭樣品測(cè)量其堅(jiān)固性以及瓦斯在其中擴(kuò)散的速度，擴(kuò)散速度可用來(lái)針對(duì)性的測(cè)試瓦斯突出的速度；③在打孔中檢測(cè)噴口、卡鉆以及頂鉆等動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，以這些現(xiàn)象的程度預(yù)測(cè)瓦斯突出的危險(xiǎn)性。

消除突出方法：在對(duì)緩傾斜厚煤層石門揭煤的防突措施中，必須在一開始進(jìn)行區(qū)域性的防突，再對(duì)局部危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)的消突。在用鉆孔卸壓方式進(jìn)行消突的過(guò)程中，瓦斯含量會(huì)降低，地應(yīng)力隨之也會(huì)減小。目前常用的消突辦法主要有通過(guò)鉆孔自然排放、水力沖孔以及布局金屬骨架的辦法。其中，最理想的辦法是抽放。在抽放的時(shí)候，必須在布孔方面控制恰當(dāng)?shù)姆秶?，在地?yīng)力較大或者瓦斯較大情況下，這種方法都能將危險(xiǎn)度降到最低。在鉆孔設(shè)計(jì)時(shí)，控制孔的偏角和仰角，安裝抽放孔時(shí)，需要用水壓將孔內(nèi)壁清洗干凈，防止碎屑的阻塞降低抽放效率。封孔可用馬麗散，封孔長(zhǎng)度至少4 m，順層的抽放至少為6 m。

3.2 快速掘進(jìn)的保護(hù)技術(shù)

在該地質(zhì)條件下掘進(jìn)，應(yīng)該采用淺挖掘，淺支護(hù)，淺打眼，少裝填的原則，需要用泥沙堵住炮眼，在煤中不能進(jìn)行打眼放炮的操作。以減少煤體擾動(dòng)。在頂板上用鋼管固定，防止冒頂?shù)默F(xiàn)象誘導(dǎo)突出的發(fā)生，禁止使用容易造成煤層震動(dòng)的工具。應(yīng)在施工過(guò)程中嚴(yán)禁易燃物的進(jìn)入，禁止金屬撞擊，從源頭上避免火源產(chǎn)生。

4 結(jié)語(yǔ)

文中分析了緩傾斜厚煤層石門揭煤的特點(diǎn)，研究了該條件下快速掘進(jìn)的難點(diǎn)、可能遇到的威脅，提出了相關(guān)防突的策略和技術(shù)，為緩傾斜厚煤層石門揭煤快速掘進(jìn)提供新的思路。