突出煤層石門揭煤工藝研究

郭曉剛

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦，山西 柳林 033300)

石門揭煤是礦井生產(chǎn)中的一項(xiàng)危險(xiǎn)性較大的工作，容易出現(xiàn)煤與瓦斯突出、瓦斯異常涌出等災(zāi)害，如何確保石門揭煤安全一直是礦井面臨的現(xiàn)實(shí)問題[1～2]。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，礦井發(fā)生大型煤與瓦斯突出地點(diǎn)有90%處于石門揭煤位置，石門揭煤全過程中的危險(xiǎn)性較大[3～4]。石門揭煤瓦斯治理通常采取瓦斯預(yù)抽方式，并且一些礦井為縮短瓦斯預(yù)抽時(shí)間，會(huì)采取水力壓裂、CO2致裂、水力沖孔等措施，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用均取得顯著效果[5]。山西某礦開采的15號(hào)煤層具有突出危險(xiǎn)性，但由于煤層本身透氣性較好，在石門揭煤過程中不需要采取煤層增透措施，通過施工大孔徑瓦斯抽采鉆孔即可實(shí)現(xiàn)瓦斯有效抽采。本文就以1505石門揭15號(hào)煤層為工程背景，對(duì)石門揭煤工作中采取的瓦斯治理措施進(jìn)行分析研究。

1 工程地質(zhì)概況

山西某礦開采的15號(hào)煤層具有瓦斯突出危險(xiǎn)性，煤層厚度3.6m，測(cè)定的煤層原始瓦斯含量、原始瓦斯壓力分別為9.8m3/t、1.6Mpa。煤層頂?shù)装鍘r層巖性均為泥巖，裂隙不發(fā)育。1505石門主要用于3采區(qū)煤炭運(yùn)輸以及通風(fēng)，設(shè)計(jì)斷面為矩形，寬×高=4.5m×3.2m，其采用炮掘方式和錨網(wǎng)噴支護(hù)方式。1505石門沿著15號(hào)煤層底板以10°傾角揭露煤層，由于15號(hào)煤層具有突出危險(xiǎn)性，因此在揭煤過程中應(yīng)制定詳細(xì)的瓦斯治理措施，以確保整個(gè)揭煤工作安全進(jìn)行。

2 石門揭煤區(qū)域瓦斯治理技術(shù)

2.1 瓦斯參數(shù)測(cè)定

在石門揭煤工作面接近揭露的15號(hào)煤層之前，就應(yīng)詳細(xì)掌握揭煤區(qū)域內(nèi)的瓦斯參數(shù)、煤炭賦存形態(tài)等。在巷道掘進(jìn)工作面距15號(hào)煤層法線距離10m以上(若遇地質(zhì)構(gòu)造、煤巖體破碎時(shí)法線距離在20m以上)，在巷道內(nèi)施工3個(gè)探測(cè)鉆孔，且探測(cè)鉆孔需穿過15號(hào)煤層，終孔進(jìn)入到煤層頂板500mm以上，通過探測(cè)鉆孔可以詳細(xì)掌握揭露的煤層瓦斯含量、壓力、煤厚及傾角等。具體該礦在1505石門與15號(hào)煤層法線距離相距10m時(shí)布置的探測(cè)鉆孔見圖1。

圖1 瓦斯參數(shù)探測(cè)鉆孔布置示意圖

2.2 區(qū)域防突措施

根據(jù)1505石門內(nèi)施工的探測(cè)鉆孔獲取的15號(hào)煤層參數(shù)，在巷道掘進(jìn)工作面迎頭布置瓦斯抽采鉆孔。瓦斯抽采鉆孔施工時(shí)掘進(jìn)工作面與15號(hào)煤層間法線距離應(yīng)在7.0m以上，同時(shí)布置的瓦斯抽采鉆孔應(yīng)覆蓋石門掘進(jìn)外輪廓線12m。施工的瓦斯抽采鉆孔孔徑為113mm，終孔間距控制為3.0m，鉆孔應(yīng)深入到煤層頂板500mm以上。當(dāng)揭煤區(qū)域遇地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加瓦斯抽放鉆孔數(shù)量，具體在1505石門內(nèi)施工的瓦斯抽采鉆孔布置見圖2。

2.3 效果檢驗(yàn)

通過布置瓦斯抽采鉆孔抽采瓦斯后，采用直接法測(cè)定殘余瓦斯含量與殘余瓦斯壓力，對(duì)區(qū)域瓦斯治理效果進(jìn)行檢驗(yàn)。取樣時(shí)布置的鉆孔施工地點(diǎn)同樣需要滿足與15號(hào)煤層法線距離在7m以上。檢驗(yàn)鉆孔應(yīng)布置在瓦斯抽采鉆孔間，且鉆孔數(shù)量應(yīng)不小于5個(gè)，分別控制石門揭煤區(qū)域上、下，左、右及正前方。施工的檢驗(yàn)鉆孔孔徑為113mm。

圖2 區(qū)域瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

2.4 區(qū)域驗(yàn)證

當(dāng)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)有效、各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)測(cè)值均小于臨界值時(shí)，需進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證環(huán)節(jié)。區(qū)域驗(yàn)證采用局部預(yù)測(cè)的方法進(jìn)行。如果所測(cè)的指標(biāo)小于臨界值且在打鉆過程中未發(fā)現(xiàn)頂鉆、噴孔等異常情況時(shí)，則工作面無突出危險(xiǎn)性。采取安全防護(hù)措施后，巷道可以邊探邊掘至巷道頂板距15號(hào)煤層法向距離2m處，進(jìn)入遠(yuǎn)距離爆破揭煤環(huán)節(jié)。

3 石門揭煤局部瓦斯治理技術(shù)

3.1 局部突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

在石門揭煤工作面與揭露的15號(hào)煤層法線距離在5m時(shí)，采用鉆屑瓦斯解析指標(biāo)法對(duì)揭露區(qū)域內(nèi)的煤層突出危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)。具體在1505石門內(nèi)布置的探測(cè)鉆孔見圖3。

圖3 局部突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)鉆孔布置示意圖

在對(duì)突出危險(xiǎn)性進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)至少布置5個(gè)預(yù)測(cè)取樣鉆孔，分別控制石門揭煤區(qū)域中部、上、下部以及左右兩側(cè)。施工的預(yù)測(cè)鉆孔孔徑113mm，且探測(cè)鉆孔應(yīng)在石門掘進(jìn)外輪廓線上部，左右兩側(cè)3～5m范圍內(nèi)。當(dāng)揭煤區(qū)域內(nèi)有地質(zhì)異常時(shí)，應(yīng)增加探測(cè)鉆孔數(shù)量。

3.2 局部瓦斯治理措施

當(dāng)局部突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)存在煤層突出危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)執(zhí)行局部防突技術(shù)措施，具體在1505石門內(nèi)施工的瓦斯抽采鉆孔具體布置情況見圖4。施工的瓦斯抽采鉆孔孔徑113mm，單個(gè)鉆孔的瓦斯抽放時(shí)間均應(yīng)在8h以上，鉆孔應(yīng)均勻的布置在揭煤區(qū)域，鉆孔間距應(yīng)根據(jù)瓦斯抽采鉆孔有效抽采半徑確定，在1505石門內(nèi)施工的瓦斯抽采鉆孔終孔間距在2.0m，抽采鉆孔控制的石門掘進(jìn)外輪廓線上部，左、右兩側(cè)至少5.0m以上，掘進(jìn)輪廓線下應(yīng)控制至少3.0m。當(dāng)采取的抽采鉆孔瓦斯排放效果不佳時(shí)，可以適當(dāng)增加瓦斯抽采時(shí)間。

圖4 局部瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.3 局部瓦斯治理效果檢驗(yàn)

當(dāng)在1505石門內(nèi)執(zhí)行局部防突措施后，在石門掘進(jìn)工作面布置效果檢驗(yàn)鉆孔，孔徑113mm，以鉆屑指標(biāo)作為判定指標(biāo)。施工的檢驗(yàn)鉆孔應(yīng)分別控制石門上、下、中部以及左、右兩側(cè)，鉆孔具體布置情況見圖5。

圖5 瓦斯治理效果檢驗(yàn)鉆孔布置示意圖

當(dāng)采取瓦斯治理措施后，檢驗(yàn)揭煤區(qū)域內(nèi)煤層無突出危險(xiǎn)性時(shí)，采用邊探測(cè)邊掘進(jìn)措施掘進(jìn)，每班探測(cè)層間距，防止誤揭穿煤層。直至距離煤層法線2m位置處，進(jìn)行最后一次驗(yàn)證。將突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)指標(biāo)作為驗(yàn)證指標(biāo)，驗(yàn)證鉆孔布置在瓦斯治理鉆孔間，孔徑為113mm，分別布置在石門揭煤區(qū)域的上、下、中部以及左、右兩側(cè)，至少布置5個(gè)，同時(shí)應(yīng)至少有一個(gè)驗(yàn)證孔與探測(cè)區(qū)域邊界距離在2.0m以內(nèi)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)探測(cè)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造異常時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加驗(yàn)證孔數(shù)量，從而提升驗(yàn)證結(jié)果準(zhǔn)確性。待巷道掘進(jìn)至煤層法線距離在2.0m時(shí),采用遠(yuǎn)距離放炮一次性揭露15號(hào)煤層。

遠(yuǎn)距離放炮期間，必須嚴(yán)格控制工作面距15號(hào)煤層的法距，確保安全巖柱，準(zhǔn)確掌握煤層的層位、產(chǎn)狀、頂?shù)装鍘r性，及時(shí)以書面形式通知揭煤領(lǐng)導(dǎo)小組和有關(guān)單位。爆破必須嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”制度。爆破后必須正常通風(fēng)30分鐘以上，由安全員、瓦檢員、放炮員、帶班長(zhǎng)進(jìn)入工作面檢查。當(dāng)瓦斯?jié)舛刃∮?.5%，通風(fēng)設(shè)施完好，機(jī)電設(shè)備完好，方可進(jìn)入工作面作業(yè)。

4 總結(jié)

礦井開采的15號(hào)煤層具有瓦斯突出危險(xiǎn)性，在對(duì)石門揭煤區(qū)域內(nèi)的瓦斯、煤層賦存參數(shù)測(cè)定基礎(chǔ)上，對(duì)1505石門揭露15號(hào)煤層制定了綜合瓦斯治理措施，具體包括區(qū)域以及局部瓦斯治理措施兩個(gè)部分，為1505石門揭煤工作的安全以及順利開展提供了有效保障。

在1505石門揭露15號(hào)煤層耗時(shí)35d，布置的區(qū)域以及局部瓦斯抽采鉆孔共抽放出約2.5萬m3，在石門揭煤過程中未出現(xiàn)任何的瓦斯異常以及瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，表明采取的瓦斯治理措施可以確保1505石門揭露15號(hào)煤層安全。