淺析煤巷掘進(jìn)工作面局部綜合防突措施方案設(shè)計

王 飛

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司保安區(qū)位于公司西北部，東西長4600 m，南北寬3500 m，面積為16.1 km2，本區(qū)主要開采石炭系上統(tǒng)太原組及二迭系下統(tǒng)山西組煤系地層。目前該采區(qū)主采煤層為3#煤，該煤層位于2#煤層下6.05～26.63 m，平均間距為11.75 m，見煤層厚度范圍為1.87～3.30 m，平均厚2.25 m。該區(qū)東部與三礦井田相鄰，南部與佛洼分區(qū)相鄰，靠東部約24%的區(qū)域地質(zhì)勘探程度較高、構(gòu)造相對簡單；靠中西部約76%的區(qū)域只有3個鉆孔，其勘探程度較低，大部分為C級儲量。根據(jù)新景礦地質(zhì)勘探報告，本礦井瓦斯主要來源于回采工作面、掘進(jìn)工作面及已采區(qū)瓦斯涌出，礦井瓦斯相對涌出量平均為16.0 m3/t，絕對涌出量平均為78m3/min，據(jù)調(diào)查新景礦3#煤層曾發(fā)生煤與瓦斯突出事故，是煤與瓦斯突出礦井。出于對安全充分考慮角度出發(fā)，對新景公司保安區(qū)3#煤層目前情況提出局部綜合防治突出措施方案設(shè)計，進(jìn)而可有效防治煤與瓦斯突出動力災(zāi)害。

1 存在的問題

（1）煤礦安全規(guī)程規(guī)定，開采煤巖層范圍內(nèi)有煤與瓦斯突出危險的礦井，礦區(qū)內(nèi)有開采煤層瓦斯壓力等單項突出危險性指標(biāo)超標(biāo)的，必須在可行性研究階段對可能揭露的平均厚度在0.3 m以上的所有煤層進(jìn)行突出性危險評估，新景公司3#煤層突出危險性評估和危險性鑒定工作未開展，所以存在一定的危險性。

（2）礦井煤與瓦斯突出動力災(zāi)害及其誘發(fā)機理是礦井開采技術(shù)難題。所以在制定3#煤層突出危險性預(yù)測指標(biāo)及臨界值，制定防突措施參數(shù)時應(yīng)將3#煤層的賦存狀況、地質(zhì)條件等因素考慮在內(nèi)。

2 礦井3#煤層巷道掘進(jìn)時瓦斯突出防治方案

2.1 突出危險性預(yù)測

2.1.1 預(yù)測指標(biāo)和方法

綜合考慮新景煤礦目前開采煤層測定的瓦斯基本參數(shù)、煤層賦存條件、測量方法的熟練程度，巷道掘進(jìn)時采用鉆屑法進(jìn)行預(yù)測瓦斯突出的危險程度，主要預(yù)測指標(biāo)包括瓦斯解吸指標(biāo)K1值（Δh2）和鉆粉量S，主要指標(biāo)的臨界值為：K1=0.5 ml/(g?min1/2)、Δh2=200 Pa，S=6.0 kg/m。當(dāng)煤巷掘進(jìn)2 m后開始鉆孔探測，每間隔1 m測定一次鉆粉量S，每間隔2 m測定一次瓦斯解吸指標(biāo)K1的大小，進(jìn)而根據(jù)瓦斯解吸指標(biāo)和鉆粉量的大小來預(yù)測瓦斯突出的危險性。

2.1.2 預(yù)測鉆孔布置

鉆孔主要設(shè)置在質(zhì)軟的煤層中，鉆孔布置為1排，每排3個，鉆孔直徑設(shè)定為Φ42 mm，鉆孔深度設(shè)定為8～10 m。掘進(jìn)面巷道鉆孔的方向與其掘進(jìn)方向一致，巷道中部布置一個鉆孔與掘進(jìn)方向平行，另2個位于巷道兩側(cè)與掘進(jìn)方向有一定的夾角，鉆孔尾部距巷道2～4 m，其中掘進(jìn)面預(yù)測鉆孔布置如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)工作面預(yù)測鉆孔布置圖

2.2 其他輔助預(yù)測方法

工作面掘進(jìn)時，對上述鉆孔預(yù)測指標(biāo)測定后，若其中任一指標(biāo)出現(xiàn)變異，超過其規(guī)定數(shù)值，均應(yīng)認(rèn)為具有突出危險。但需要注意的是，掘進(jìn)工作面突出危險是由很多因素共同影響，應(yīng)綜合分析各個影響因素。受特殊地質(zhì)條件或開采技術(shù)過程的變化影響時，往往易發(fā)生突出危險，應(yīng)多注意，并及時將其劃為突出危險面。具體地質(zhì)條件或技術(shù)影響因素為：

（1）典型地質(zhì)賦存條件，如斷層、褶曲、巖漿巖、煤厚變化區(qū)域、煤層傾角變化區(qū)域等；

（2）工作面掘進(jìn)過程中，前后及側(cè)向高應(yīng)力集中區(qū)域，此處易發(fā)生瓦斯突出；

（3）進(jìn)行危險預(yù)測而施工鉆孔時，如出現(xiàn)過噴孔、頂鉆或有其他明顯瓦斯突出先兆特征的區(qū)域；

按照已有的判定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)瓦斯解吸指標(biāo)K1值和鉆粉量S的大小與其臨界值進(jìn)行比對，然后進(jìn)行瓦斯突出危險判定，如果判定有突出危險，則需要進(jìn)一步采取措施對危險進(jìn)行防治；采取防治措施后，對防治的效果進(jìn)行檢驗，如果檢驗效果良好，則可以繼續(xù)進(jìn)行掘進(jìn)，如果檢驗效果較差，仍繼續(xù)采取有效措施進(jìn)行檢驗，直至合格方可繼續(xù)進(jìn)行采掘。同時，需要注意的是，即使工作面被判定為無突出危險，也應(yīng)在保證安全掘進(jìn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作，具體應(yīng)注意的是每次掘進(jìn)安全距離為最短預(yù)測鉆孔在巷道掘進(jìn)方向上的投影長度減去2 m，符合該合理進(jìn)尺后，再次進(jìn)行預(yù)測，以保證掘進(jìn)安全。圖2具體指出允許進(jìn)尺距離。

圖2 煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測不超標(biāo)時允許進(jìn)尺平面示意圖

3 局部區(qū)域防突技術(shù)措施

針對瓦斯突出問題，目前經(jīng)常采用的局部性防突技術(shù)措施主要包括鉆孔排放瓦斯、震動爆破和水力沖孔等技術(shù)方法，考慮到新景礦掘進(jìn)面的地質(zhì)和現(xiàn)場實際施工情況，該掘進(jìn)工作面宜采用超前鉆孔進(jìn)行防治突出。鉆孔排放瓦斯是石門揭煤時的一種措施，從掘進(jìn)面距煤層10 m以外開始向煤層打鉆，使煤層中的瓦斯從鉆孔中自然排放出來，降低瓦斯壓力，達(dá)到預(yù)防突出的目的。鉆孔直徑一般設(shè)置為75～120 mm，特殊地質(zhì)條件可取較小直徑，如使用42～75 mm直徑鉆孔，超前工作面應(yīng)大于等于5 m。

（1）對于鉆孔直徑的選取，應(yīng)根據(jù)掘進(jìn)煤層地質(zhì)條件而定，并及時根據(jù)地質(zhì)情況的變化做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如地質(zhì)條件較好時，采用一般尺寸（75～120mm），而地質(zhì)條件較差時，應(yīng)調(diào)整為42～75 mm直徑鉆孔。如果鉆孔直徑超過120 mm必須采用專門的鉆進(jìn)設(shè)備和制定專門的施工安全措施。

（2）若煤層中含有軟分層，鉆孔施工應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾鱼@孔數(shù)量，同時需保證鉆孔均勻布置。

（3）對于掘進(jìn)時預(yù)抽鉆孔和超前排放鉆孔防突技術(shù)措施所要求鉆孔數(shù)量和間距應(yīng)該根據(jù)鉆孔的有效抽放或排放半徑確定，而有效抽放或排放半徑是由現(xiàn)場實測所得。

（4）超前鉆孔施工前應(yīng)加強工作面支護(hù)，同時施工時需進(jìn)行檢驗，如果發(fā)現(xiàn)施工不合理，需進(jìn)行其他措施的實施。

根據(jù)上述分析可知，影響超前鉆孔效果的重要因素應(yīng)為鉆孔直徑，即直徑越大，其排放和卸壓效果越好。因此，針對該礦主采煤層巷道掘進(jìn)，超前鉆孔施工建議選取布置1～2排（煤厚小于1.5 m布置1排，大于1.5 m布置2排），直徑Φ75 mm，間距1 m，終孔點位置位于斷面外幫4 m。超前排放鉆孔布置如圖3所示。

圖3 超前排放鉆孔平面布置示意圖

超前鉆孔施工結(jié)束后，應(yīng)排放超過8 h，進(jìn)而進(jìn)行效果檢驗，后期根據(jù)檢測瓦斯解吸指標(biāo)K1值和鉆粉量S后進(jìn)行再次確定。如果檢驗結(jié)果不滿足需求，必須再次進(jìn)行防治，直至達(dá)到合理范圍之內(nèi)。

4 防突措施效果檢驗

根據(jù)工作面現(xiàn)場實際情況，采取相應(yīng)的防突措施后，應(yīng)進(jìn)行必要的防突效果的檢驗。檢驗孔深應(yīng)不大于措施孔深，檢驗孔應(yīng)布置在措施孔之間，當(dāng)檢驗效果合理時，檢驗孔與措施孔投影長度（簡稱投影孔深）超前距相等，可在一定超前距離處（一般為5 m）進(jìn)行掘進(jìn)；當(dāng)檢驗投影孔深小于措施鉆孔深時，應(yīng)保證一定的超前距的基礎(chǔ)上再設(shè)置不小于2 m檢驗投影孔深超前距，方可進(jìn)行掘進(jìn)，具體設(shè)置可參照圖4。若一輪排放孔打后，檢驗孔達(dá)不到預(yù)定深度時，可分次進(jìn)行檢驗，但超前距必須符合以上規(guī)定。

圖4 措施效果檢驗后允許進(jìn)尺距離示意

5 結(jié)論

新景煤礦3#煤層開采中存在煤與瓦斯突出問題，本文采用鉆屑法對煤與瓦斯突出危險性進(jìn)行預(yù)測，并介紹了預(yù)測鉆孔的具體布置方法，同時給出了煤巷掘進(jìn)工作面突出危險性的判定標(biāo)準(zhǔn)及突出危險煤巷工作面超前鉆孔防突技術(shù)措施。對該煤層的開采提供了安全保障，同時對具有類似地質(zhì)賦存條件下的煤層開采具有指導(dǎo)意義。