煤矿防突工作中常见问题及对策

焦鹏

摘要：从现状看，煤矿开采保护层的防突技术，不仅构建了可用的保护路径，并且有效的阻止了现有的瓦斯突出。矿井开采衔接着的保护层，被用在偏高的瓦斯层级以内。通过开采保护层，来解放现有的被保护层，释放这一体系内的瓦斯，这就限制了瓦斯突出带来的威胁。要设定精准的开采路径，解放现有的被保护层，维护好现有的工作面。基于此，本文就煤矿防突工作存在的问题及对策进行了浅谈。

关键词：煤矿防突问题对策

中图分类号：X752文献标识码： A

一、工程概况

（一）工程概述

矿井设计生产能力1.2 Mt/a，采用立井两水平上下山开拓；通风方式为中央并列式，采用倾斜长壁采煤法。矿井主采己15煤层，瓦斯含量在 7.97～ 16.37 m3/t之间，平均12.0 m3/t；实测瓦斯压力在 0.30～ 3.10MPa，煤层突出危险严重。为了保证矿井长治久安，实现“不掘突出头、不采突出面”的防突目标，在矿井11011 回采工作面采用底板巷穿层钻孔高压水射流卸煤增透技术和顺层钻孔预抽回采区域瓦斯作为回采区域防突措施，多措并举，应抽尽抽，实现了该工作面抽采达标，有效地消除了突出危险性。

（二）工程面概况

11011 工作面是该矿井首采工作面，走向长度1000 m，倾斜长度150m，其中，可采长度为 770 m，可采储量41.47万吨。根据实际揭露地质资料分析，该工作面煤层赋存稳定，在掘进胶带运输巷期间煤层厚度轻微变化，从2.3m增厚至2.9m。轨道运输巷煤厚2.2～3.1 m，平均厚 2.8 m。煤层呈粉末状，含少量块状，结构简单，局部含夹矸1～2 层，有分叉现象。在11011 工作面掘进过程中采用井下直接法测定工作面煤层原始瓦斯含量，测定结果最大值为16.37 m3/t，最小值为10.07m3/t，平均值为12.44m3/t

二、煤矿防突工作中常见的问题

（一）煤矿突出危险性的预测工作不规范。对煤矿的安全生产而言，对突出危险性进行准确的预测是防突出的第一个也是最为重要的环节之一。如果能够成功的对突出危险进行有效的预测，就为消除工作面的突出危险性提供了时机，增加了安全生产的几率。但是，倘若预测钻孔并没有按照规定去施工，就难以准确预测工作面的突出危险性，这对工作面的防突工作将会造成严重的威胁，工作面在施工过程时就极易发生突出事故，使煤矿生产的生命财产安全受到威胁。因此，在施工预测钻孔的过程中，应该按照规定的角度和位置，以特定的深度和操作规范去施工，同时按照要求对有关参数进行测定，只有这样，才能够获得准确的预测数据，为突出信息的生成提供客观的依据。

（二）难以及时发现瓦斯突出的征兆。在煤矿开采过程中，突出事故的发生往往都有一些征兆，这些征兆以瓦斯的变化最多，无论是工作面炮后瓦斯浓度的增大，还是工作面作业时瓦斯浓度的异常变化，都能够被视为是一种突出的征兆。但是，瓦斯突出是一个典型的动态过程，其随机性很强，这就对防突工作提出了很高的要求，如果无法及时的发现征兆和采取有效的措施，就极有可能因此而产生生命和财产损失。从这一点讲，煤矿的各级人员，包括管理人员、瓦检员、安监员和施工队的职工等，都应该全面的密切关注工作面和回风流瓦斯的变化情况，实时监测，加强预警掌握第一手资料，如果发现瓦斯异常就应该第一时间采取有针对性的措施。

三、可用的防突路径

（一）设定的预测路径

着手去采掘以前，要对现有的工作面，设定出可用的突出危险性预测方法。这样的预测，要整合起定性及定量路径。其中，定量预测要依循这一体系内的区域划分，把瓦斯涌出的初速度设定成q，把钻屑量设定成s；定性预测数据及方法要依循防治煤与瓦斯突出管理规定，以便确认这一情形下的危险面。具体而言，在煤层固有的破坏带以内，要辨认出危险面，包括现有的褶皱及断层、侵入态势下的火成岩。煤层原有的赋存条件，若会剧烈更替，或者原有的采掘应力更替，那么可以辨识出危险面。采掘流程内，若发觉到顶钻及特有的喷孔状态，或者工作面莫名凸起，也可辨识出潜藏的危险。

在突出危险偏大的区段内，要增加原有的突出危险性预测次数，减小这一指标固有的临界数值，或者增加固有的超前距。只有这样，才能提升突出危险性预测的成效性。煤层中的瓦斯赋存状态，会影响到预测数值，要发挥出地质工作应有的向导价值，探究这种临界值的潜藏规律。

（二）安全管控的办法

在突出的区段以内，都建构了特有的回风巷；专门的这种巷道，采掘面应安设独立架构内的回风体系。这样一来，体系内的回风，就直接进到了专用的回风巷道。距离偏大的爆破、安设反向方位内的风门、安设特有规格的逆止阀、安设隔离态势下的自救器，都归属于这一类别的安全管控。在这之中，避难必备的硐室、防突架构内的反向风门，要依循现有的规则，予以建造和管控，以便回避掉建构程序内的弊病，提升这种风门应有的坚固特性及抗灾特性。还要在风门这一方位内，安设查验瓦斯必备的逆流设施。这样一来，在查验到逆流时，就可断掉体系内的风侧电源。

综掘工作面，若遇到偏复杂的构架，就要替换成炮掘这样的办法。对这样的采掘面，予以爆破，就要依循远距离情形下的爆破规则。在躲避这种爆破时，也要依循既有的规则。在爆破之前，放炮员要查验场地内的状态，并汇报给关联着的变电所及关联着的调度室。衔接着防风门的那种门墙，要安设合格的逆止阀。在这之中，建构用到的铁皮，不要超出 5 毫米；逆止阀搭配的铁板，至少带有 6 毫米这样的厚度。

四、煤矿掘进防突技术

（一）超前排放钻孔防突技术措施

1.钻孔瓦斯流量衰减规律

根据煤层瓦斯流动理论可知，当流动性质为非稳态时，钻孔瓦斯流量随着时间的延长呈衰减规律而变化。钻孔瓦斯流量的变化规律基本上符合负指数方程，即：

（1）

式中

q(t)——百米钻孔瓦斯流量，m3/(min·hm)；

q0——钻孔的初始瓦斯流量，m3/min；

α——钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1。

2.钻孔布置间距理论方程式建立

根据钻孔瓦斯流量衰减规律方程式(1)，推算经t(d)时间单孔抽放的瓦斯总量为：

（2）

式中

Qc——经t(d)时间单孔抽放的瓦斯总量，m3；

q(t)——百米钻孔经￡日排放时的瓦斯流量，m3/(min·hm)；

l——钻孔长度，m；

t——抽放时间，d。

而钻孔单孔控制范围内煤体瓦斯储量QH为：

（3）

式中

ρ——煤的密度，t/m3；

M——煤层平均厚度，m；

H——钻孔间距，m；

W——煤层原始瓦斯含量，m3/t。

则经t(d)时间瓦斯抽出率η应为：

(4)

即以抽出率作为指标，确定钻孔布置间距的理论方程式为：

(5)

式中

η——预抽瓦斯率，%。

其它符号意义同上。

11011工作面运输巷自2008年10月开口后，曾发生过一次瓦斯突出，突出煤量90t、瓦斯量26468m3。掘进期间喷孔、顶钻及响煤炮等动力现象十分严重，采用大直径或小直径超前排放钻孔防突措施。R值综合指标法效果检验，采取措施重复率高，巷道掘进速度仅为28m/月。回风巷掘进期间采用超前排放钻孔防突技术措施，效检超标率也达到13.8%。

采用超前排放钻孔防突措施初期，虽起到了一定的防突效果，但由于该区域突出危险性强，煤体透气性差，致使措施占用时间长，重复率高，严重影响了掘进施工和采掘接替。

（二）回采区域防突措施

1.穿层钻孔。在 11011 工作面轨道、胶带运输巷底板巷距 11011 工作面切眼 65 m 位置以外开始向11011 工作面施工穿层钻孔，钻孔每隔 5 m 一排，每排5 个抽采钻孔，孔间距为 8 m； 在 11011 工作面切眼底板巷距 11011 胶带运输巷底板抽采巷1. 3 m 位置开始向 11011 工作面施工穿层钻孔，钻孔每隔4 m 一排，每排 9 个抽采钻孔，孔间距为 6m，各钻孔施工均进入煤层顶板 0. 5 m 以上，均匀控制11011 工作面中间回采区域范围。钻孔施工完毕后，按巷道掘进区域措施相同标准进行卸煤增透。

2.顺层钻孔。在 11011 工作面轨道运输巷、胶带运输巷掘进的同时，紧跟掘进工作面50 m 范围内，轨道、胶带运输巷相向施工顺层抽采钻孔，钻孔由终采线开始施工，孔深65 m，钻孔孔径为94 mm，孔间距1.8 m，距巷道底板1.4 m，从轨道、胶带运输巷进行顺层对抽，留有相互交叉 10 m 的重叠区，钻孔倾角与煤层视倾角一致。

五、煤矿防突关键技术的应用及其效果

（一）正确选择、编制防突措施。根据煤层不同采区、不同的生产条件和突出的特点，在制订防突措施中应该正确选择防突措施。一般而言，回采工作面的瓦斯来源有两个：一个是开采煤层本身的瓦斯，另一个是围岩好邻近煤层涌出的瓦斯。大量的实践证明，综采工作面的瓦斯涌出量一般是普、炮采工作面瓦斯涌出量的2倍还多。因此，瓦斯涌出量大的矿井，需要采取抽放的措施。在瓦斯涌出量较大的综采工作面，单纯采用加大风量的方法排除瓦斯，会使工作面的风速大大增加。而风速增大后，将会造成工作面煤尘飞扬与温度的降低，使劳动条件逐渐恶化。而在采用瓦斯抽放后，不但能够减少工作面的通风量，抽放出的瓦斯还可以利用。

（二）确定钻孔的位置。首先要布置防突措施钻孔的位置，因为在防突工作中，钻孔位置的确定是最为重要的一环，它直接决定着在挖掘较深处的时候钻头能否正常的工作，能否安全的释放瓦斯，并保证工作的过程中一个合理的瓦斯浓度。为此，在钻孔期间，应每隔一定距离在巷道的两边各安置一个抽放钻场，同时每个钻场要安置四个和钻孔位置平行的抽放钻孔，两个钻孔为一组，采用上下放置的形式，保证钻孔的方向，一般情況下，钻孔应平行于巷道放置，同时不能特别贴近巷道。在防突措施中，还要通过高压注水等的方式，而在采取高压注水作业之前，应该准确计算出工作地点所在煤层和周围环境之间的各个参考系数。

（三）提高技术水平，调整抽放系统。在煤矿开采的过程中，掘进挂耳抽放一般要受到封孔质量和打钻技术等因素的影响，致使抽放的效果处于较差的水平。因此，有必要对相关的人员进行技术培训，通过必要的方式改进打钻工艺、提高封孔质量，最大限度的改善抽放效果。比如，移动抽放系统的功率不足，容易造成孔口负压低、抽放流量小、真空度低的情况，最终影响到抽放效果，为此，需要增加井下抽放泵功率，以此来实现系统之间的匹配，满足安全生产的需要。

（四）推广应用防突消突新技术。实施高位巷抽放代替高位钻孔技术，可以使抽放效果显著提高，同时采前预抽或边采边抽的方法，缩短抽放时间，弥补钻孔工程量不足、封孔质量差、抽放系统不匹配以及管理不到位的缺陷。进一步的，要通过增加钻孔工程量、提前预抽、加强技能管理、保证封孔质量的方法，全面的改善抽放效果。同时，在开采邻近保护层、穿层钻孔抽放方面，工作面开采前采取回风和运输平巷同时布置长钻孔进行煤层注水，增加煤的可塑性，可减小工作面前方的应力集中，减缓煤体弹性潜能和瓦斯潜能的突然释放，降低或消除煤层的突出危险性。

结束语

防突及瓦斯治理工作是一项系统工程，要准确把握措施选择、设计、施工、验收及效果检验等各个环节和各项工作之间的内在联系，切实保证措施有效，使矿井的防突及瓦斯治理工作上一个新的台阶。

参考文献：

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