古城煤矿高瓦斯条件下巷道快速掘进工艺

关 伟

(潞安集团 古城煤矿建设管理处，山西 长治 046100)

古城煤矿是潞安集团在建的一座特大型矿井，设计生产能力800万t/a，矿井开拓方式采用斜立混合分区布置。分别布置主斜井(主井工业场地)、副立井(副井工业场地)、中央回风立井(副井工业场地)、桃园进风井(桃园风井场地)、桃园回风井(桃园风井场地)共计5个井筒。矿井采用抽出式分区通风，北一盘区、北二盘区通风由主斜井和副立井进风，中央回风立井回风满足需求；南一盘区通风由桃园进风立井进风，桃园回风立井回风满足需求。矿井开采煤层主要为3号煤层，3号煤层厚度3.35～10.45 m，平均6.27 m，煤层发育稳定，倾角平缓，无压茬关系，回采工艺性好。S1301工作面为矿井南翼首采工作面，S1301胶带巷为矩形巷道，总掘进工程量1 620 m，巷道掘进尺寸：掘宽5 200 mm、掘高3 800 mm，毛断面为19.76 m2，采用综掘机进行掘进。

1 影响巷道快速掘进的主要因素

古城煤矿为高瓦斯矿井，煤体的瓦斯含量较高，S1301胶带巷开口处原始瓦斯含量为12～14 m3/t，瓦斯的治理效果是影响巷道快速掘进的最主要因素。因此，巷道开始施工前在巷道开口位置正前方施工密集钻孔集中抽放，必须经预抽后瓦斯含量降至8 m3/t左右方可开口施工。

随着掘进巷道里程的增加，暴露的煤体面积增多，范围增大，瓦斯涌出量逐步增加，瓦斯浓度也随之上升。从S1301胶带巷正头往后每间隔20 m设定一个采样点，对回风流中的瓦斯浓度进行测定，从S1301胶带巷正头至回风口，瓦斯浓度由0.3%逐渐增大至0.5%。

掘进施工过程中针对割煤期间、支护期间、设备检修期间三个主要的施工环节的瓦斯浓度进行实地测量：割煤期间的瓦斯浓度为0.32%～0.6%，支护期间的瓦斯浓度为0.2%～0.35%，检修期间瓦斯浓度为0.2%～0.3%。对比分析得出综掘割煤期间的瓦斯浓度最高。因此综掘机割煤期间的瓦斯防治是整个掘进作业过程中瓦斯防治的重点。

2 巷道综合瓦斯治理技术

在巷道掘进过程中，瓦斯主要来源于：煤壁瓦斯的涌出和综掘机割煤期间的瓦斯涌出，有效的瓦斯治理是巷道快速掘进的基础保障。为此，古城煤矿在S1301工作面巷道掘进中采取了以下措施。

2.1 有效的瓦斯抽采系统

1) 条带预抽。在S1301胶带巷开口位置正头利用全液压坑道钻机打钻抽放瓦斯，设计施工6个条带预抽钻孔，呈三花眼布置，钻孔开口位置距底板距离分别为1.4 m、2.4 m；钻孔倾角分别为(煤层倾角-0.5°)和煤层倾角；具体角度根据煤层倾角进行调整，确保在煤层内成孔；钻孔水平间距1.5 m，钻孔设计长度135 m，钻孔孔径94 mm。经提前至少半年预抽后，瓦斯含量已降至7.5 m3/t，具备了巷道开口条件。

2) 边掘边抽。在S1301胶带巷巷道左右两侧布置迈步钻场，抽放掘进巷道侧面20 m范围的煤体瓦斯，以降低巷道掘进过程中煤体瓦斯涌出，钻场设计尺寸为外宽6 m、内宽4.5 m、深4.5 m、高4.5 m，呈等腰梯形。同侧钻场间距100 m，异侧钻场间距50 m。钻场内设计施工5个边掘边抽钻孔，钻孔开口位置距底板距离分别为1.4 m、1.9 m、2.4 m，钻孔孔径94 mm，具体钻孔布置如图1，钻孔参数如表1。

图1 边掘边抽钻孔布置(mm)

表1 钻场钻孔参数

3) 长距离瓦斯释放。在开掘钻场的同时，在S1301胶带巷正头施工3个长距离瓦斯释放孔，钻孔开口位置距底板距离1.4 m，钻孔倾角分别为(煤层倾角-0.5°)和煤层倾角，根据煤层倾角进行调整，确保在煤层内成孔；钻孔水平间距0.6 m；钻孔设计长度80 m；钻孔孔径94 mm。

2.2 稳定的通风系统

根据煤壁瓦斯涌出的负指数衰减规律，新暴露煤壁的瓦斯涌出量通常很大。按照风量核定煤巷掘进工作面必须安设双风筒供风，保证工作面风量需求。同时采用两条巷道(S1301胶带巷和S1301辅助运输巷)同时掘进，巷道间距50 m，一条巷道进风一条巷道回风，每隔200 m用联络巷贯通一次，形成全风压通风系统。及时前移局部通风机，缩短工作面的回风距离。

2.3 规范的现场施工工艺

根据割煤期间的瓦斯涌出量计算公式：瓦斯涌出量=采落煤体的瓦斯含量-采落煤体残余瓦斯含量，可知一次采落的煤量越多，其瓦斯涌出量越大；在S1301胶带巷割煤期间，巷道回风流探头瓦斯浓度超过0.5%时，严格执行“最短割煤时间管理”，即割煤1排(排距为1 m)不低于40 min，当回风流探头瓦斯浓度超过0.6%时立即停机，有效控制割煤的速度，减少一次落煤总量。

3 结 语

在高瓦斯条件下巷道的快速掘进，要依据各个矿井的地质条件、掘进工艺、巷道的断面尺寸以及机械装备水平等条件的差异进行综合评价，以高效益、高效率等为衡量标准，不能仅仅局限在单进水平上，而是瓦斯治理、工时利用、安全保障等因素的综合。自从潞安集团开始推行立标对标管理以来，以采掘完成指标与标杆值进行对比来促进采掘各项指标更好更快完成。在古城煤矿现有的生产条件下，随着施工作业人员技术水平的不断提高，生产工艺经过不断改进创新，在高瓦斯条件下巷道快速掘进的各项技术指标达到了一定的高度。