某礦3316 回風(fēng)順槽綜合防突分析

裴俊斌

（汾西礦業(yè)集團賀西煤礦， 山西 柳林 033300）

某礦316 回風(fēng)順槽采用區(qū)域“四位一體”與局部“四位一體”相結(jié)合的綜合防突措施。該礦15 號煤層不具備開采保護(hù)層條件，314 綜采工作面采用本煤層長鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的防突方法，現(xiàn)場管理有著豐富的經(jīng)驗，且抽采設(shè)備齊全可靠，因此，在區(qū)域防突時采用穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的防突方法[1-3]。結(jié)合本礦的設(shè)備及施工條件，確定鉆孔參數(shù)如下：鉆孔直徑113 mm、孔間距6 m、封孔8 m、抽放負(fù)壓-15～-30 kPa，預(yù)抽時間30 d。

1 工作面概況

1.1 工作位置及圍巖概況

316 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面主要是服務(wù)于316 工作面的安裝、回采、行人、通風(fēng)等；掘進(jìn)目的是形成316 采煤工作面生產(chǎn)及通風(fēng)系統(tǒng)。316 回風(fēng)順槽東為三采區(qū)回風(fēng)大巷保護(hù)煤柱，西為村莊保護(hù)煤柱，南為314 工作面（已回采），北為318 工作面（設(shè)計）。巷道沿3 號煤層掘進(jìn)，3 煤，黑色，性脆，易碎，以亮煤、鏡煤為主。其次為暗煤，絲炭少量，含有黃鐵礦晶粒，具條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造；煤層厚度穩(wěn)定。

1.2 工作面瓦斯含量

由于該礦目前施工巷道均沿3 號煤層布置，且在煤層巷道掘進(jìn)前均采用區(qū)域預(yù)抽瓦斯掩護(hù)掘進(jìn)，因此在煤與瓦斯突出鑒定期間無適合測定3 號煤層原始壓力地點，只能測定區(qū)域預(yù)抽瓦斯后煤層殘存瓦斯壓力以供鑒定時參考。

根據(jù)3 號煤層的現(xiàn)階段開拓開采范圍，本次測定設(shè)計在314 進(jìn)風(fēng)順槽、316 進(jìn)風(fēng)順槽、318 回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷等五處施工5 組共10 個鉆孔測定3 號煤層瓦斯壓力。其中沿井田走向設(shè)計2 個鉆場，沿傾向設(shè)計3 個鉆場，每個鉆場各布置2 個測壓鉆孔。

實際施工時因318 回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷導(dǎo)線點3H7 處2個鉆孔報廢，而增加了314 進(jìn)風(fēng)順槽右?guī)偷? 個抽放瓦斯硐室內(nèi)2 個鉆孔，三采區(qū)皮帶大巷迎頭處2個鉆孔。測壓鉆孔孔徑為75 mm，鉆孔參數(shù)見下頁表1，封孔采用聚胺脂封孔技術(shù)。

鉆孔成孔后，首先用壓風(fēng)清洗鉆孔，然后插入帶有壓力表接頭的長度35 m，直徑為15 mm 的鍍鋅測壓鐵管，測壓管每節(jié)長度為2 m。封孔材料為聚胺脂和紗布。先將蘸滿速凝劑的紗布纏繞在測壓管上送入鉆孔，速凝劑迅速膨脹將30 m 處鉆孔封住，另安設(shè)一路15 mm 鐵管（或軟管）作為注漿管用，再利用注漿泵（或手動注漿泵）向鉆孔內(nèi)注入封孔材料，直至鉆孔口，然后抽出注漿管（聚胺脂等封孔材料可邊注邊抽出注漿管）。

封孔第2 天上壓力表之前充入少許壓氣并用泡沫進(jìn)行檢漏和檢查封孔質(zhì)量，之后安裝壓力表，進(jìn)行觀測壓力表讀數(shù)，觀測時間30 d 以上。當(dāng)壓力表讀數(shù)連續(xù)3 d 以上保持穩(wěn)定時，則認(rèn)為壓力表讀數(shù)趨于穩(wěn)定。瓦斯壓力測定結(jié)果見表1 所示。

在施工第四組測壓鉆孔時（314 進(jìn)風(fēng)順槽切眼向停采線方向760 m 處），2 個測壓鉆孔均發(fā)生了較強的瓦斯噴孔動力現(xiàn)象。

2 區(qū)域綜合防突

2.1 區(qū)域預(yù)測

316 回風(fēng)順槽掘進(jìn)面每80 m 為一預(yù)測地質(zhì)單位，每一區(qū)域至少布置3 個測試點（間距30 m 左右），3 個測試點分別布置在巷道右?guī)?5 m 和左幫5 m（與314 采空區(qū)間距5 m）范圍輪廓線內(nèi)，每一測試點采集1 個煤樣。如圖1 所示。測定煤體瓦斯含量，當(dāng)該值小于8 m3/t 時，判定該區(qū)域無突出危險，然后才可進(jìn)行區(qū)域驗證；當(dāng)該值不小于8.0 m3/t 時，判定該測點周圍半徑100 m 內(nèi)的區(qū)域有突出危險，須采取區(qū)域防突措施。此外，在該區(qū)域施工鉆孔時，發(fā)生了鉆頭或鉆孔異常（如夾鉆、頂鉆、噴孔等）及其他明顯突出預(yù)兆時，判定該孔周圍半徑100 m 內(nèi)的區(qū)域有危險。

表1 15 號煤層瓦斯壓力鉆孔位置、參數(shù)表及測試結(jié)果

圖1 區(qū)域預(yù)測鉆孔布置圖（m）

2.2 區(qū)域防突措施

由于316 回風(fēng)順槽不具備開采保護(hù)煤層措施，為保證316 回風(fēng)順槽安全順利掘進(jìn)，需采取穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施。即在316 高位抽放巷內(nèi)向316 回風(fēng)順槽煤巷條帶施工下斜穿層瓦斯抽放鉆孔，在316 高位抽放巷內(nèi)每隔6 m 布置一組抽放鉆場，每組鉆場施工鉆孔5 個，具體布置如圖2 所示。

2.3 區(qū)域防突措施效果檢驗

區(qū)域措施效果檢驗選用直接測定法測定瓦斯含量指標(biāo)（W）進(jìn)行檢驗，取樣鉆孔布置方式見表2。

1）當(dāng)取樣化驗結(jié)果小于8 m3/t 且檢驗期間在煤層中進(jìn)行鉆孔等作業(yè)時未出現(xiàn)噴孔、頂鉆及其他明顯突出預(yù)兆時，則效檢區(qū)域為無突出危險區(qū)。

2）當(dāng)取樣化驗結(jié)果大于等于8 m3/t 或在檢測施工鉆孔時，出現(xiàn)鉆頭或鉆孔異常（頂鉆、夾鉆、噴孔等），以及瓦斯涌出異常等煤與瓦斯突出征兆時則效檢區(qū)域為突出危險區(qū)[4-5]。有突出危險性必須加大掘進(jìn)面鉆孔的抽采強度。抽采達(dá)標(biāo)后經(jīng)效果檢驗判斷為無突出危險。

圖2 區(qū)域措施鉆孔布置圖（m）

表2 區(qū)域校檢鉆孔設(shè)計參數(shù)及布置表

2.4 區(qū)域驗證

區(qū)域驗證前的準(zhǔn)備工作，需要打鉆孔探測觀察，一方面探測地質(zhì)構(gòu)造，另一方面觀察有沒有突出征兆。區(qū)域驗證沿用局部預(yù)測鉆孔，測定殘余瓦斯含量，鉆孔個數(shù)為3 個，分別布置在巷道兩幫和中部（見下頁圖3）。若果驗證結(jié)果判定有突出危險，或發(fā)現(xiàn)有突出預(yù)兆時，須立即采取局部防突措施；反之，若每個大循環(huán)第一次區(qū)域驗證結(jié)果判定無突出危險，也沒有突出預(yù)兆，則在防突和防瓦斯超限時，可采用本煤層短鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的方法，安全防護(hù)措施要及時跟進(jìn)，而且要把突出預(yù)測超前距留足，然后掘進(jìn)7.2 m。與第一次驗證相同，若第二次驗證無突出危險，可掘進(jìn)21.6 m，依次類推，直至大循環(huán)掘進(jìn)完成。在區(qū)域驗證時，只要有一次的結(jié)果判定有突出危險，或者發(fā)現(xiàn)突出征兆，則該掘進(jìn)區(qū)域有突出危險，以后的采掘作業(yè)都要采用局部綜合防突措施。

圖3 區(qū)域驗證鉆孔布置示意圖（m）

3 局部綜合防突措施

3.1 預(yù)測孔的布置

掘進(jìn)期間預(yù)測孔的布置見圖3 所示，預(yù)測鉆孔參數(shù)見表3 所示。

表3 預(yù)測鉆孔參數(shù)表

3.2 工作面防突措施

316 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面局部防突，采用本煤層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的措施，抽采孔均勻分布，鉆孔平剖面圖如圖4、圖5 所示。一共布置三排鉆孔，第一排鉆孔距煤層底板100 mm，共布置8 個鉆孔；第二排鉆孔距煤層底板600 mm，共布置9 個鉆孔；第三排鉆孔距煤層底板1 200 mm，共布置8 個鉆孔。三排共布置25 個鉆孔，孔深13 m，具體布置參數(shù)見表4。

圖4 局部措施孔剖面圖

圖5 局部措施孔剖面圖

表4 抽放鉆孔布置參數(shù)

3.3 工作面防突措施效果檢驗

沿用工作面預(yù)測鉆孔，測定臨界值（Smax和K1），小于臨界值，則工作面五突出危險。掘進(jìn)時，必須采取安全防護(hù)措施。同時，巷道在掘進(jìn)中，必須預(yù)留措施孔超前距，超前距不少于5 m，此外，還要留有檢驗孔超前距，超前距不少于2 m；如果預(yù)測結(jié)果判定

工作面有突出危險，就必須施工局部密集淺孔，之后執(zhí)行工作面防突措施效果檢驗。

4 消突效果檢驗

4.1 評價指標(biāo)

評價指標(biāo)采用殘余瓦斯壓力（或殘余瓦斯含量），臨界值為0.74 MPa（或8 m3/t）。

當(dāng)任一測點的檢測結(jié)果達(dá)到或超過臨界值時，判定該檢測區(qū)域有突出危險，范圍為此測點周圍半徑100 m 內(nèi)的區(qū)域。

同時在施工檢測鉆孔的時候，出現(xiàn)了鉆頭或鉆孔異常（夾鉆、頂鉆、噴孔等）和瓦斯涌出異常等煤與瓦斯突出征兆時，檢測區(qū)域判定為有突出危險區(qū)域，該區(qū)域的措施無效，該區(qū)域范圍為發(fā)生明顯突出預(yù)兆的位置周圍半徑100 m 內(nèi)的區(qū)域。

這里采用的指標(biāo)為殘余瓦斯壓力。

4.2 殘余瓦斯壓力測定

由314 進(jìn)風(fēng)順槽向316 回風(fēng)順槽煤巷條帶每隔30 m 布置一測點，共計54 個測點，測壓鉆孔布置示意圖如圖6 所示。

圖6 測壓鉆孔布置示意圖

測壓鉆孔孔徑為75 mm，測壓采用快速測壓裝置進(jìn)行測壓。封孔第2 d 上壓力表之前充入少許壓氣并用皂沫進(jìn)行檢漏和檢查封孔質(zhì)量，之后安裝壓力表，進(jìn)行觀測壓力表讀數(shù)。當(dāng)壓力表讀數(shù)連續(xù)3 d以上保持穩(wěn)定時，則認(rèn)為壓力表讀數(shù)趨于穩(wěn)定。

4.3 消突效果檢驗

首先施工測壓鉆孔的過程平順，沒有出現(xiàn)鉆頭和鉆孔異常，以及瓦斯涌出異常等煤與瓦斯突出征兆。其次，所有實測的瓦斯壓力均小于0.74 MPa，則本次評價范圍內(nèi)的316 回風(fēng)順槽條帶防突措施效果有效，如果任何一個檢驗鉆孔的瓦斯壓力達(dá)到或超過了突出危險的臨界值，則該區(qū)域消突措施無效，須采取措施，該區(qū)域的范圍為：此檢測點為圓心，向周圍延伸100 m。

檢驗范圍內(nèi)的316 回風(fēng)順槽條帶殘余瓦斯壓力為0～0.2 MPa，瓦斯壓力下降0.5 MPa 左右，認(rèn)為工作面區(qū)域防突措施有效。

5 結(jié)論

由于鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯施工量大，施工時間長，且過程中不可控因素較多（本巷道在掘進(jìn)過程中揭露了陷落柱，這很可能造成煤體卸壓、瓦斯涌出異常、甚至直接突出），這使得在采準(zhǔn)安排上較為困難，一般都會提早施工，這也使得人工成本較高。

此外，抽出的瓦斯?jié)舛炔豢煽兀袝r會降到30%以下，達(dá)不到運用要求，在耗時耗工的情況下，抽出了不可用的氣體。造成這種情況的原因很多，抽采負(fù)壓調(diào)整不當(dāng)、鉆孔塌孔、管路密閉性不好、管理敷設(shè)路線過長等，應(yīng)當(dāng)從這些方面加以改善。