掘进工作面过断层防突管理的研究

王翔龙

（山西汾西矿业(集团)有限责任公司双柳煤矿，山西 柳林 033300 ）

双柳煤矿位于山西省柳林县西北部，距县城17km。矿井原设计生产能力1.50Mt/a，从2001年6月29日开始投产，经多次技改扩建现具有3.00Mt/a生产能力。2016年，矿井相对瓦斯涌出量为15.19m3/t，绝对瓦斯涌出量为82.01m3/min。双柳煤矿近年来瓦斯等级鉴定结果属于高瓦斯矿井，根据集团规定要求，按突出矿井管理。33（4）10工作面位于郭家山以北，地表标高702～900m。工作面煤层为太原组灰岩含水层的水位标高为+508 m左右，其主要为L1～L5薄层灰岩，单层厚度2.50～12.75m，含石灰岩层的厚度（L1～L5之间厚度）39.50～47.71m，富水性较弱，根据以往勘探资料可知，下部的L1灰岩为该含水层的主要富水层，L(5+4)薄层灰岩上距该煤层煤底的隔水层厚度为25～30m，岩性主要为泥岩、砂岩互层。F12- 8断层构造影响带从该工作面东北部穿过，该断层落差大于33（4）10工作面开采的煤层厚度及掘进巷道高度，影响其正常掘进，因此必须做好掘进巷道过F12- 8断层的防突管理工作。

1 探清断层带及煤层层位

根据地测科提供的地质剖面图分析，确定F12-8断层带位置，由于地质资料存在一定的误差，因此应在距资料显示的位置法距20 m处提前连续施工探煤钻孔，避免误揭断层带或煤层造成瓦斯事故。

1.1 施工探煤钻孔

（1）使用钻机施工长钻孔，每个循环施工5个钻孔。留10 m的钻孔超前距，同时确保巷道距断层带法距不小于20 m，分别探清巷道上部和下部煤层层位和断层带的性质及影响范围。

（2）掘进工区每掘进8 m，利用锚杆钻机在巷道迎头前方上、下施工2个10 m的短钻孔，确保巷道法距煤层或构造煤在7 m以上。

（3）钻孔施工结束后绘制钻孔竣工图进行分析，确定煤层层位和断层带的具体位置及影响范围，对钻孔过程中的异常情况进行分析，为防治煤与瓦斯突出提供可靠的参考数据。

1.2 施工前探钻孔

当巷道施工与断层带法向距离20 m时，停止掘进退后2 m，在右帮施工1个躲避硐室或在巷道迎头施工5个前探取芯钻孔，前探取芯钻孔布置示意图如图1所示。

图1 前探取芯钻孔布置示意图

2 断层带突出危险性预测预报

2.1 钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性预测

当巷道施工与断层带法向距离20m时，开始取芯，采用钻屑瓦斯解吸指标法进行突出危险性预测。期间如遇到煤层或构造煤时，测定△h2值或K1值并进行突出危险性预测。钻孔见煤或构造煤时，每钻进1m采集一次1～3mm粒径的煤钻屑，测定其瓦斯解吸指标K1或△h2值，取最大值为预测预报突出危险性指标。当△h2＜200Pa或K1＜0.5为无突出危险工作面，反之为突出危险工作面。

2.2 测定断层带瓦斯压力P进行突出危险性预测

（1）前探钻孔施工结束后，利用4分镀锌管进行注浆封孔，镀锌管长度要穿过构造煤或断层带，穿过构造煤或断层带的部分要在镀锌管四周均匀打小钻孔，并用纱窗包裹好以便于测定煤层瓦斯压力，然后采用注浆泵进行注浆封孔，注浆封孔长度为10 m。

（2）确保封孔严密不漏气，注浆封孔后镀锌管要伸出钻孔外20 cm，安装瓦斯压力表。通风区每天要派专人观察压力表变化情况，并及时汇报调度室及总工。

（3）不允许任何人人为松动或拆除压力表，以确保测定瓦斯压力的可靠性；当采取防突措施时应每天观察压力表的变化，作为防突措施效果检验的一个指标。只有当巷道穿过断层带之后方可拆除测压表。

2.3 断层突出危险性确定

（1）若在过断层带期间任何一次钻孔发现有喷孔或其他瓦斯动力现象时，则判定断层带为突出危险区域，应采取区域防突措施。

（2）当掘进工作面瓦斯涌出量变化较大或瓦斯涌出量较高时，应采取区域防突措施。

（3）当上述△h2或K1、P两个指标只要有任何一个指标达到或超过临界值时，说明该区域具有突出危险性。巷道掘进至断层带法向距离7 m时停止掘进，采取穿层钻孔预抽瓦斯防突措施。

3 F12-8过断层防突措施

要根据断层小于煤层厚度或是断层大于煤层厚度来采取具体的防突方案。对于33（4）10掘进工作面来讲，F12-8断层小于33（4）10掘进工作面煤层厚度，需要视现场情况断层大小采用直径为42～75 mm的钻孔排放瓦斯。若断层落差大于1/2煤厚度且小于1倍煤厚度，则先在本盘煤层顶板0.5 m左右处向另一盘煤层施工排放钻孔，然后，再根据断层煤厚情况，施工一组排放钻孔，钻孔控制到断层面后5～10 m位置，钻孔间距按1.5～2 m设计，每排3～4个孔。若断层落差小于1/2煤厚度，则直接施工16个20 m深的钻孔，并进行连续预测，若预测超标，继续施工16个20 m深的排放钻孔。在施工卸压钻孔时还需要探测断层附近的煤厚，对于厚煤层则视情况增加一排卸压钻孔。

4 防突措施效果检验

对于防突措施效果检验的前提条件为，对预抽煤层瓦斯防突措施进行检验时，应当首先分析、检查预抽区域内钻孔均匀程度、封孔效果、抽放负压情况，看是否符合相应的设计要求，才决定是否进行防突措施效果的检验等。

（1）若断层带有构造煤时，采用钻屑瓦斯解吸指标法进行措施效果检验。效果检验时至少布置4个检验钻孔，检验钻孔布置在抽放钻孔的区域内，分别位于巷道的上部、中部和两侧，钻孔控制巷道轮廓线外12 m范围内，并且有1个检验钻孔终孔点，位于预抽区域内距边缘不大于2 m的范围。如果检验指标在临界值以下，且施工钻孔时未发现夹钻、顶钻、喷孔等异常情况，则措施有效；反之，则措施无效，继续进行瓦斯抽放或补充施工抽放钻孔直至效果检验有效为止。

（2）若无法采取钻屑瓦斯解吸指标进行效果检验时，则根据前探测压钻孔的压力P值及抽放单孔浓度进行分析，对抽采区域进行抽放效果评价。若抽放效果达标则判定为无突出危险区；否则，措施无效，继续进行瓦斯抽放补充施工抽放钻孔直至抽放效果达标为止。

（3）当上述检验指标均不超标，说明措施有效，巷道可以向前掘进至断层带法距5 m的位置。

5 补充防突措施

若经验证预抽瓦斯措施无效时，在巷道迎头施工瓦斯释放钻孔做为补充防突措施直至措施有效为止。钻孔分上、中、下三排布置，每排布置9个钻孔，钻孔排距1m，每排钻孔终孔间距2m，孔深10m左右。施工瓦斯排放钻孔防突措施后，经过释放一定时间方可允许防突措施效果检验。补充措施钻孔施工示意图如图2所示。

图2 钻孔施工示意图

排放钻孔效果检验方法采用钻屑指标法（如图3所示），使用WTC测定煤层的K1值和煤钻屑S值作为检验指标。在巷道迎头布置三个预测预报钻孔，中间钻孔深度为9m，两帮钻孔深度为10m，掘进进尺要始终保留最小预测超前距为2m的安全距离。一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并平行于掘进方向，其他钻孔的终孔点位于巷道断面两侧轮廓线外3m处，钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，每钻进2m测定一次钻屑瓦斯解吸指标K1。如果效果检验测定K1＜0.5和S＜6kg，且在打钻过程中未发现其他异常情况时说明防突措施有效；否则，措施无效，继续采取防突补充措施并进行效果检验，直至措施有效为止。

图3 掘进工作面钻屑指标法预测钻孔布置示意图

最后测得最大的钻屑量Smax为3.0kg/m，钻屑解析指标k1最大值为0.16mL/g•min1/2，未超过突出临界值。在切眼施工未发生动力现象和瓦斯超限事故，保证了掘进33（4）10工作面的顺利进行。

6 结语

对于掘进工作面过断层的防突工作，必须高度重视，构建起突出危险性预测、突出防治措施、防突措施效果检验和安全防护措施“四位一体”的综合措施体系，并在工作中认真组织实施。本文以山西汾西矿业双柳煤矿为研究对象，对F12-8断层带附近煤与瓦斯突出特征进行了研究，提出了工作面切眼施工过断层的防突技术及管理方案，保障了双柳煤矿33（4）10工作面切眼施工过断层期间的安全生产。