掘進工作面過斷層防突管理的研究

王翔龍

（山西汾西礦業(yè)(集團)有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300 ）

雙柳煤礦位于山西省柳林縣西北部，距縣城17km。礦井原設(shè)計生產(chǎn)能力1.50Mt/a，從2001年6月29日開始投產(chǎn)，經(jīng)多次技改擴建現(xiàn)具有3.00Mt/a生產(chǎn)能力。2016年，礦井相對瓦斯涌出量為15.19m3/t，絕對瓦斯涌出量為82.01m3/min。雙柳煤礦近年來瓦斯等級鑒定結(jié)果屬于高瓦斯礦井，根據(jù)集團規(guī)定要求，按突出礦井管理。33（4）10工作面位于郭家山以北，地表標(biāo)高702～900m。工作面煤層為太原組灰?guī)r含水層的水位標(biāo)高為+508 m左右，其主要為L1～L5薄層灰?guī)r，單層厚度2.50～12.75m，含石灰?guī)r層的厚度（L1～L5之間厚度）39.50～47.71m，富水性較弱，根據(jù)以往勘探資料可知，下部的L1灰?guī)r為該含水層的主要富水層，L(5+4)薄層灰?guī)r上距該煤層煤底的隔水層厚度為25～30m，巖性主要為泥巖、砂巖互層。F12- 8斷層構(gòu)造影響帶從該工作面東北部穿過，該斷層落差大于33（4）10工作面開采的煤層厚度及掘進巷道高度，影響其正常掘進，因此必須做好掘進巷道過F12- 8斷層的防突管理工作。

1 探清斷層帶及煤層層位

根據(jù)地測科提供的地質(zhì)剖面圖分析，確定F12-8斷層帶位置，由于地質(zhì)資料存在一定的誤差，因此應(yīng)在距資料顯示的位置法距20 m處提前連續(xù)施工探煤鉆孔，避免誤揭斷層帶或煤層造成瓦斯事故。

1.1 施工探煤鉆孔

（1）使用鉆機施工長鉆孔，每個循環(huán)施工5個鉆孔。留10 m的鉆孔超前距，同時確保巷道距斷層帶法距不小于20 m，分別探清巷道上部和下部煤層層位和斷層帶的性質(zhì)及影響范圍。

（2）掘進工區(qū)每掘進8 m，利用錨桿鉆機在巷道迎頭前方上、下施工2個10 m的短鉆孔，確保巷道法距煤層或構(gòu)造煤在7 m以上。

（3）鉆孔施工結(jié)束后繪制鉆孔竣工圖進行分析，確定煤層層位和斷層帶的具體位置及影響范圍，對鉆孔過程中的異常情況進行分析，為防治煤與瓦斯突出提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

1.2 施工前探鉆孔

當(dāng)巷道施工與斷層帶法向距離20 m時，停止掘進退后2 m，在右?guī)褪┕?個躲避硐室或在巷道迎頭施工5個前探取芯鉆孔，前探取芯鉆孔布置示意圖如圖1所示。

圖1 前探取芯鉆孔布置示意圖

2 斷層帶突出危險性預(yù)測預(yù)報

2.1 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法進行突出危險性預(yù)測

當(dāng)巷道施工與斷層帶法向距離20m時，開始取芯，采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法進行突出危險性預(yù)測。期間如遇到煤層或構(gòu)造煤時，測定△h2值或K1值并進行突出危險性預(yù)測。鉆孔見煤或構(gòu)造煤時，每鉆進1m采集一次1～3mm粒徑的煤鉆屑，測定其瓦斯解吸指標(biāo)K1或△h2值，取最大值為預(yù)測預(yù)報突出危險性指標(biāo)。當(dāng)△h2＜200Pa或K1＜0.5為無突出危險工作面，反之為突出危險工作面。

2.2 測定斷層帶瓦斯壓力P進行突出危險性預(yù)測

（1）前探鉆孔施工結(jié)束后，利用4分鍍鋅管進行注漿封孔，鍍鋅管長度要穿過構(gòu)造煤或斷層帶，穿過構(gòu)造煤或斷層帶的部分要在鍍鋅管四周均勻打小鉆孔，并用紗窗包裹好以便于測定煤層瓦斯壓力，然后采用注漿泵進行注漿封孔，注漿封孔長度為10 m。

（2）確保封孔嚴(yán)密不漏氣，注漿封孔后鍍鋅管要伸出鉆孔外20 cm，安裝瓦斯壓力表。通風(fēng)區(qū)每天要派專人觀察壓力表變化情況，并及時匯報調(diào)度室及總工。

（3）不允許任何人人為松動或拆除壓力表，以確保測定瓦斯壓力的可靠性；當(dāng)采取防突措施時應(yīng)每天觀察壓力表的變化，作為防突措施效果檢驗的一個指標(biāo)。只有當(dāng)巷道穿過斷層帶之后方可拆除測壓表。

2.3 斷層突出危險性確定

（1）若在過斷層帶期間任何一次鉆孔發(fā)現(xiàn)有噴孔或其他瓦斯動力現(xiàn)象時，則判定斷層帶為突出危險區(qū)域，應(yīng)采取區(qū)域防突措施。

（2）當(dāng)掘進工作面瓦斯涌出量變化較大或瓦斯涌出量較高時，應(yīng)采取區(qū)域防突措施。

（3）當(dāng)上述△h2或K1、P兩個指標(biāo)只要有任何一個指標(biāo)達到或超過臨界值時，說明該區(qū)域具有突出危險性。巷道掘進至斷層帶法向距離7 m時停止掘進，采取穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯防突措施。

3 F12-8過斷層防突措施

要根據(jù)斷層小于煤層厚度或是斷層大于煤層厚度來采取具體的防突方案。對于33（4）10掘進工作面來講，F(xiàn)12-8斷層小于33（4）10掘進工作面煤層厚度，需要視現(xiàn)場情況斷層大小采用直徑為42～75 mm的鉆孔排放瓦斯。若斷層落差大于1/2煤厚度且小于1倍煤厚度，則先在本盤煤層頂板0.5 m左右處向另一盤煤層施工排放鉆孔，然后，再根據(jù)斷層煤厚情況，施工一組排放鉆孔，鉆孔控制到斷層面后5～10 m位置，鉆孔間距按1.5～2 m設(shè)計，每排3～4個孔。若斷層落差小于1/2煤厚度，則直接施工16個20 m深的鉆孔，并進行連續(xù)預(yù)測，若預(yù)測超標(biāo)，繼續(xù)施工16個20 m深的排放鉆孔。在施工卸壓鉆孔時還需要探測斷層附近的煤厚，對于厚煤層則視情況增加一排卸壓鉆孔。

4 防突措施效果檢驗

對于防突措施效果檢驗的前提條件為，對預(yù)抽煤層瓦斯防突措施進行檢驗時，應(yīng)當(dāng)首先分析、檢查預(yù)抽區(qū)域內(nèi)鉆孔均勻程度、封孔效果、抽放負壓情況，看是否符合相應(yīng)的設(shè)計要求，才決定是否進行防突措施效果的檢驗等。

（1）若斷層帶有構(gòu)造煤時，采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法進行措施效果檢驗。效果檢驗時至少布置4個檢驗鉆孔，檢驗鉆孔布置在抽放鉆孔的區(qū)域內(nèi)，分別位于巷道的上部、中部和兩側(cè)，鉆孔控制巷道輪廓線外12 m范圍內(nèi)，并且有1個檢驗鉆孔終孔點，位于預(yù)抽區(qū)域內(nèi)距邊緣不大于2 m的范圍。如果檢驗指標(biāo)在臨界值以下，且施工鉆孔時未發(fā)現(xiàn)夾鉆、頂鉆、噴孔等異常情況，則措施有效；反之，則措施無效，繼續(xù)進行瓦斯抽放或補充施工抽放鉆孔直至效果檢驗有效為止。

（2）若無法采取鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)進行效果檢驗時，則根據(jù)前探測壓鉆孔的壓力P值及抽放單孔濃度進行分析，對抽采區(qū)域進行抽放效果評價。若抽放效果達標(biāo)則判定為無突出危險區(qū)；否則，措施無效，繼續(xù)進行瓦斯抽放補充施工抽放鉆孔直至抽放效果達標(biāo)為止。

（3）當(dāng)上述檢驗指標(biāo)均不超標(biāo)，說明措施有效，巷道可以向前掘進至斷層帶法距5 m的位置。

5 補充防突措施

若經(jīng)驗證預(yù)抽瓦斯措施無效時，在巷道迎頭施工瓦斯釋放鉆孔做為補充防突措施直至措施有效為止。鉆孔分上、中、下三排布置，每排布置9個鉆孔，鉆孔排距1m，每排鉆孔終孔間距2m，孔深10m左右。施工瓦斯排放鉆孔防突措施后，經(jīng)過釋放一定時間方可允許防突措施效果檢驗。補充措施鉆孔施工示意圖如圖2所示。

圖2 鉆孔施工示意圖

排放鉆孔效果檢驗方法采用鉆屑指標(biāo)法（如圖3所示），使用WTC測定煤層的K1值和煤鉆屑S值作為檢驗指標(biāo)。在巷道迎頭布置三個預(yù)測預(yù)報鉆孔，中間鉆孔深度為9m，兩幫鉆孔深度為10m，掘進進尺要始終保留最小預(yù)測超前距為2m的安全距離。一個鉆孔位于掘進巷道斷面中部，并平行于掘進方向，其他鉆孔的終孔點位于巷道斷面兩側(cè)輪廓線外3m處，鉆孔每鉆進1m測定該1m段的全部鉆屑量S，每鉆進2m測定一次鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1。如果效果檢驗測定K1＜0.5和S＜6kg，且在打鉆過程中未發(fā)現(xiàn)其他異常情況時說明防突措施有效；否則，措施無效，繼續(xù)采取防突補充措施并進行效果檢驗，直至措施有效為止。

圖3 掘進工作面鉆屑指標(biāo)法預(yù)測鉆孔布置示意圖

最后測得最大的鉆屑量Smax為3.0kg/m，鉆屑解析指標(biāo)k1最大值為0.16mL/g?min1/2，未超過突出臨界值。在切眼施工未發(fā)生動力現(xiàn)象和瓦斯超限事故，保證了掘進33（4）10工作面的順利進行。

6 結(jié)語

對于掘進工作面過斷層的防突工作，必須高度重視，構(gòu)建起突出危險性預(yù)測、突出防治措施、防突措施效果檢驗和安全防護措施“四位一體”的綜合措施體系，并在工作中認真組織實施。本文以山西汾西礦業(yè)雙柳煤礦為研究對象，對F12-8斷層帶附近煤與瓦斯突出特征進行了研究，提出了工作面切眼施工過斷層的防突技術(shù)及管理方案，保障了雙柳煤礦33（4）10工作面切眼施工過斷層期間的安全生產(chǎn)。