浅析煤巷掘进工作面局部综合防突措施方案设计

2018-11-01王飞

山东煤炭科技 2018年10期

王飞

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西阳泉 045000）

山西新景矿煤业有限责任公司保安区位于公司西北部，东西长4600 m，南北宽3500 m，面积为16.1 km2，本区主要开采石炭系上统太原组及二迭系下统山西组煤系地层。目前该采区主采煤层为3#煤，该煤层位于2#煤层下6.05～26.63 m，平均间距为11.75 m，见煤层厚度范围为1.87～3.30 m，平均厚2.25 m。该区东部与三矿井田相邻，南部与佛洼分区相邻，靠东部约24%的区域地质勘探程度较高、构造相对简单；靠中西部约76%的区域只有3个钻孔，其勘探程度较低，大部分为C级储量。根据新景矿地质勘探报告，本矿井瓦斯主要来源于回采工作面、掘进工作面及已采区瓦斯涌出，矿井瓦斯相对涌出量平均为16.0 m3/t，绝对涌出量平均为78m3/min，据调查新景矿3#煤层曾发生煤与瓦斯突出事故，是煤与瓦斯突出矿井。出于对安全充分考虑角度出发，对新景公司保安区3#煤层目前情况提出局部综合防治突出措施方案设计，进而可有效防治煤与瓦斯突出动力灾害。

1 存在的问题

（1）煤矿安全规程规定，开采煤岩层范围内有煤与瓦斯突出危险的矿井，矿区内有开采煤层瓦斯压力等单项突出危险性指标超标的，必须在可行性研究阶段对可能揭露的平均厚度在0.3 m以上的所有煤层进行突出性危险评估，新景公司3#煤层突出危险性评估和危险性鉴定工作未开展，所以存在一定的危险性。

（2）矿井煤与瓦斯突出动力灾害及其诱发机理是矿井开采技术难题。所以在制定3#煤层突出危险性预测指标及临界值，制定防突措施参数时应将3#煤层的赋存状况、地质条件等因素考虑在内。

2 矿井3#煤层巷道掘进时瓦斯突出防治方案

2.1 突出危险性预测

2.1.1 预测指标和方法

综合考虑新景煤矿目前开采煤层测定的瓦斯基本参数、煤层赋存条件、测量方法的熟练程度，巷道掘进时采用钻屑法进行预测瓦斯突出的危险程度，主要预测指标包括瓦斯解吸指标K1值（Δh2）和钻粉量S，主要指标的临界值为：K1=0.5 ml/(g•min1/2)、Δh2=200 Pa，S=6.0 kg/m。当煤巷掘进2 m后开始钻孔探测，每间隔1 m测定一次钻粉量S，每间隔2 m测定一次瓦斯解吸指标K1的大小，进而根据瓦斯解吸指标和钻粉量的大小来预测瓦斯突出的危险性。

2.1.2 预测钻孔布置

钻孔主要设置在质软的煤层中，钻孔布置为1排，每排3个，钻孔直径设定为Φ42 mm，钻孔深度设定为8～10 m。掘进面巷道钻孔的方向与其掘进方向一致，巷道中部布置一个钻孔与掘进方向平行，另2个位于巷道两侧与掘进方向有一定的夹角，钻孔尾部距巷道2～4 m，其中掘进面预测钻孔布置如图1所示。

图1 掘进工作面预测钻孔布置图

2.2 其他辅助预测方法

工作面掘进时，对上述钻孔预测指标测定后，若其中任一指标出现变异，超过其规定数值，均应认为具有突出危险。但需要注意的是，掘进工作面突出危险是由很多因素共同影响，应综合分析各个影响因素。受特殊地质条件或开采技术过程的变化影响时，往往易发生突出危险，应多注意，并及时将其划为突出危险面。具体地质条件或技术影响因素为：

（1）典型地质赋存条件，如断层、褶曲、岩浆岩、煤厚变化区域、煤层倾角变化区域等；

（2）工作面掘进过程中，前后及侧向高应力集中区域，此处易发生瓦斯突出；

（3）进行危险预测而施工钻孔时，如出现过喷孔、顶钻或有其他明显瓦斯突出先兆特征的区域；

按照已有的判定标准，根据瓦斯解吸指标K1值和钻粉量S的大小与其临界值进行比对，然后进行瓦斯突出危险判定，如果判定有突出危险，则需要进一步采取措施对危险进行防治；采取防治措施后，对防治的效果进行检验，如果检验效果良好，则可以继续进行掘进，如果检验效果较差，仍继续采取有效措施进行检验，直至合格方可继续进行采掘。同时，需要注意的是，即使工作面被判定为无突出危险，也应在保证安全掘进的基础上进行工作，具体应注意的是每次掘进安全距离为最短预测钻孔在巷道掘进方向上的投影长度减去2 m，符合该合理进尺后，再次进行预测，以保证掘进安全。图2具体指出允许进尺距离。

图2 煤巷掘进工作面预测不超标时允许进尺平面示意图

3 局部区域防突技术措施

针对瓦斯突出问题，目前经常采用的局部性防突技术措施主要包括钻孔排放瓦斯、震动爆破和水力冲孔等技术方法，考虑到新景矿掘进面的地质和现场实际施工情况，该掘进工作面宜采用超前钻孔进行防治突出。钻孔排放瓦斯是石门揭煤时的一种措施，从掘进面距煤层10 m以外开始向煤层打钻，使煤层中的瓦斯从钻孔中自然排放出来，降低瓦斯压力，达到预防突出的目的。钻孔直径一般设置为75～120 mm，特殊地质条件可取较小直径，如使用42～75 mm直径钻孔，超前工作面应大于等于5 m。

（1）对于钻孔直径的选取，应根据掘进煤层地质条件而定，并及时根据地质情况的变化做出适当的调整。如地质条件较好时，采用一般尺寸（75～120mm），而地质条件较差时，应调整为42～75 mm直径钻孔。如果钻孔直径超过120 mm必须采用专门的钻进设备和制定专门的施工安全措施。

（2）若煤层中含有软分层，钻孔施工应适当地增加钻孔数量，同时需保证钻孔均匀布置。

（3）对于掘进时预抽钻孔和超前排放钻孔防突技术措施所要求钻孔数量和间距应该根据钻孔的有效抽放或排放半径确定，而有效抽放或排放半径是由现场实测所得。

（4）超前钻孔施工前应加强工作面支护，同时施工时需进行检验，如果发现施工不合理，需进行其他措施的实施。

根据上述分析可知，影响超前钻孔效果的重要因素应为钻孔直径，即直径越大，其排放和卸压效果越好。因此，针对该矿主采煤层巷道掘进，超前钻孔施工建议选取布置1～2排（煤厚小于1.5 m布置1排，大于1.5 m布置2排），直径Φ75 mm，间距1 m，终孔点位置位于断面外帮4 m。超前排放钻孔布置如图3所示。

图3 超前排放钻孔平面布置示意图

超前钻孔施工结束后，应排放超过8 h，进而进行效果检验，后期根据检测瓦斯解吸指标K1值和钻粉量S后进行再次确定。如果检验结果不满足需求，必须再次进行防治，直至达到合理范围之内。

4 防突措施效果检验

根据工作面现场实际情况，采取相应的防突措施后，应进行必要的防突效果的检验。检验孔深应不大于措施孔深，检验孔应布置在措施孔之间，当检验效果合理时，检验孔与措施孔投影长度（简称投影孔深）超前距相等，可在一定超前距离处（一般为5 m）进行掘进；当检验投影孔深小于措施钻孔深时，应保证一定的超前距的基础上再设置不小于2 m检验投影孔深超前距，方可进行掘进，具体设置可参照图4。若一轮排放孔打后，检验孔达不到预定深度时，可分次进行检验，但超前距必须符合以上规定。