双突矿井大埋深高应力大断面机械化快速掘进技术研究

谭家贵

（华能云南滇东矿业分公司，云南曲靖655800）

1 引言

双突矿井又称煤与瓦斯突出矿井，是指在井田范围内，任意煤层发生过煤与瓦斯突出事故或被鉴定为有煤与瓦斯突出风险的矿井。据瓦斯防治相关规定，突出矿井施工需采取瓦斯治理底板岩巷掘进抽放瓦斯措施。

煤矿巷道掘进主要有钻眼爆破法和综合机械化掘进法2种。钻眼爆破法对地质构造条件适应能力强，所采用的施工机具简单轻便，但其生产效率低、施工工序多、安全性差，故多应用在小型矿井中；综合机械化掘进法由于采用大型掘进机破岩掘进，故施工效率高，多用于大型矿井岩巷快速掘进中[1]。

本文以云南老厂矿区白龙山煤矿一井为研究对象，分析了综合机械化快速掘进技术在巷道掘进中的应用，对相同地质条件下岩巷的快速掘进具有参考意义。

2 矿井概况

白龙山煤矿一井是云南滇东电厂的配套供煤矿井[2]，境界东西长约8.5km，南北宽2.5～4.8km，面积32.04km2，设计可采储量308.97Mt。井田周边发育有褶曲及派生大致与背向斜轴平行的次级断裂，煤层受古河道及海侵影响，有尖灭、分岔、合并现象。煤层最大埋深大于1000m，一般埋深400～600m，共有可采煤层11层。经探测，所有可采煤层均为煤与瓦斯突出煤层，矿井潜在冲击地压，开采难度较大。

3 施工影响因素

大断面煤巷的开掘增加了巷道围岩的扰动深度，扩大了煤岩体破碎范围，降低了围岩本身的强度和自稳能力。当巷道掘进经过受陷落柱和断层等地质构造影响区域时，局部煤体和围岩松软破碎，破坏了煤岩体的完整性，容易发生冒顶和片帮事故。

对于高瓦斯煤巷，当大断面厚煤层煤巷发生严重冒顶时，厚煤顶将形成高冒区，煤体释放的瓦斯将汇聚在厚煤顶形成的高冒区内，加之回风流的不顺畅，容易造成煤巷顶板高冒区瓦斯超限。

4 机械选择

在石门揭煤综合机械化掘进作业中，相关设备主要由掘进机、锚杆钻机以及辅助设备3部分组成。

4.1 掘进机的选择

在选择掘进机时，应遵循以下原则：（1）应基于煤岩硬度和黏结性以及节理构造情况重点选择掘进机截割头性能参数；（2）应依据实际情况对掘进机进行适应性改进，如将掘进机的普通截齿更换为高强度的截齿，采取分力管控操纵油路与齿轮油泵的方法，用蛇形管路替换外冷却器冷却油液等。

4.2 锚杆钻机的选择

为了避免传统单体锚杆钻机在钻完孔后还需借助人工来装设锚杆的弊端，可以采用凿岩台车以及液压凿岩机等进行掘进作业。

4.3 辅助设备的选择

辅助设备主要指各类刮板机、胶带输送机等，在选用时，要注意与掘进机的型号及功率相匹配。

5 施工技术程序

石门揭煤作业前，要编制专项防突设计，揭煤作业中，应重点注意以下环节。

5.1 揭煤专项防突设计

石门和立井、斜井揭穿突出煤层的专项防突设计应当包括下列主要内容：（1）揭煤区域煤层、瓦斯、地质构造及巷道布置的基本情况；（2）建立安全可靠的独立通风系统及加强控制通风风流设施的措施；（3）控制突出煤层层位、准确确定安全岩柱厚度的措施；（4）加强过煤层段巷道的支护及其他措施。

5.2 突出危险性局部预防措施

区域防突措施效果检验有效时，石门揭煤工作面掘进至距煤层最小法向距离5m、石门两侧和上部轮廓线下部至少3m前，应及时采取预抽瓦斯、排放钻孔等局部防突措施避免突出危险性：（1）钻孔施工前，必须对预抽煤层瓦斯钻孔或排放钻孔进行专门设计，竣工后，应验收并认真绘制钻孔竣工图；（2）必须保证有足够的预抽时间或排放时间，当工作面措施效果检验为无突出危险工作面时，在采取安全防护措施的情况下，边掘边探掘进至远距离爆破揭穿煤层前的工作面位置，再采用工作面预测的方法进行最后验证。

5.3 揭煤区域支护方式

采用超前管棚、注浆固化、锚索、网、U型棚、喷联合支护。（1）超前管棚采用规格φ40mm×3500mm无缝钢管制作，布置在巷道顶板上；（2）注浆固化采用425#普通硅酸盐水泥单体水泥浆，每10m施工一循环注浆工艺，注浆压力为1.5～2MPa；（3）U型棚规格采用U29钢支架，高4130mm，宽5000mm；施工要求棚距为500mm（中对中），槽钢拉杆安装在巷道顶、腰上各一套（共3套），用U29钢卡缆配φ22mm螺栓将钢板与U型钢锁紧牢固。

5.4 边掘边抽瓦斯防治

传统工法中，巷道边掘边抽瓦斯技术是指布置两侧钻孔实施长距离瓦斯抽放、布置掘进面释放孔进行短距离瓦斯抽放。本文结合传统工法，辅助以水力割缝增透措施来缩短瓦斯释放时间。

一采区下部车场石门揭C7+8突出煤层段运输巷进行区域防突措施效果检验超标时，煤巷条带补充超高压水力割缝卸压增透钻孔，设计按照80m作为一个评价区域，每循环预留20m压茬距离，迎头设计15个顺层长钻孔。其中，割缝钻孔9个，孔径φ113mm，割缝结束后，从孔口往里15m段扩孔至φ153mm，采用φ108mm封孔管进行封孔；普通钻孔6个，孔径φ94mm，采用φ50mm封孔管进行封孔，所有钻孔均采用“两堵一注”带压封孔工艺进行封孔，封孔段深度12m；钻孔控制巷道前方80m，巷道两侧20m宽度，割缝钻孔终孔间距为5m，从钻孔底开始每3m切割一刀，距离迎头20m停止切割，每个钻孔切割20～21刀，本循环9个钻孔累计切割约180～190刀。

试验结果表明：采取水力割缝增透措施后，单孔平均抽采效率较普通工艺钻孔提高了3倍，平均日抽采瓦斯纯量较普通工艺钻孔提高了4倍，整体石门揭煤区域预抽时间提前了30%，节省了大量工程成本。

6 配套管理措施

推行揭煤期间“四双”管理，即“双带班”（矿与施工单位共同现场带班指挥）、“双断电”（井下断电结合通防调度远程断电）、“双撤人”（井下撤人、通防调度利用人员定位系统确认）、“双警戒”（施工单位站岗人员和矿瓦检员共同站岗警戒）。

其他管理措施包括：将以往依靠瓦检员验收改为视频验收加抽采队验收员巡回验收，实时监控揭煤工作面瓦斯变化情况。

7 结语

要使双突矿井大断面巷道实现快速掘进，在采取合适的机械设备的基础上，应优化掘进工艺，提高日常管理水平，才能有效提高巷道掘进速度，为企业创造更多的经济效益。