深部高瓦斯煤层大巷揭煤区域防突技术

袁安营

(安徽理工大学 省部共建深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽 淮南 232001)

我国是世界上发生瓦斯灾害事故最频繁的国家之一，随着我国煤矿以10～25m/a的深度向下延伸，面临的瓦斯突出等动力灾害事故的问题将越来越严峻[1-4]。因此，煤矿进入深部开采后，瓦斯突出防治问题是普遍面临的问题，而在深部高瓦斯矿井巷道掘进过程中揭煤尤其困难。国内外专家和学者针对此问题进行了大量研究[5-13]，研究成果大多采用理论分析、数值模拟及现场实践的方法对高瓦斯煤层中揭煤过程进行了研究，研究目标多针对石门揭煤，但针对高瓦斯突出煤层大巷揭煤情况的研究还相对较少。本文主要根据具体工程实践，首先对掘进工作面前部煤体赋存情况进行钻探，其次对煤体的突出危险性进行预测，并采用地面和井下联合区域防突技术进行消突，最后实现大巷揭煤的安全施工，以期为相似工程问题提供研究基础和新的思路。

1 工程地质概况

本次试验的揭煤巷道为顾北矿南翼轨道大巷，该大巷采用Y型通风，巷道布置示意图如图1所示，巷道位于-648m水平，施工过程中遇到的岩性以4煤、砂质泥岩、泥岩和细砂岩为主，其中，4煤共有4-1和4-2两层煤。顶底板岩性及厚度：4-1煤层直接顶为泥岩，厚1.39m，4-1煤层直接底为砂质泥岩，厚6.00m，老底为花斑状泥岩，厚2.10m；4-2煤层直接顶为泥岩，厚2.93m，老顶为细砂岩，厚8.35m，4-2煤层直接底为泥岩，厚1.39m。根据前探钻孔资料，揭煤处4-2煤与4-1煤合并形成“煤包”，厚度为0.77～9.53m，如图2所示。

图1 南翼轨道大巷的布置示意图

图2 轨道大巷见4煤情况示意图

2 掘进工作面前方煤体赋存情况钻探

为了更加清晰地了解大巷掘进前方煤岩体赋存情况，为大巷掘进揭煤提供可靠的依据，在轨道大巷掘进工作面距4煤法距15.8m处施工8个前探钻孔，掌握前方揭4煤地质构造，钻孔布置如图3所示，钻孔参数及见煤情况分别见表1。由表中轨道大巷前方见煤情况可以发现，不同角度钻孔大多数都发现了煤体，也验证了地质条件中提到的存在“煤包”现象，即大巷掘进前方必然存在厚度较大的煤体。

图3 轨道大巷掘进面至前方钻孔布置图

3 轨道大巷揭煤区域防突技术

3.1 突出危险性预测

根据掘进工作面前方煤体赋存情况钻探结果，为了保证揭煤工作的安全开展，消除瓦斯突出危险，首先要对轨道大巷前方煤体瓦斯突出危险性进行预测。在轨道大巷掘进工作面距待揭4煤法距15.8m处施工3个测压钻孔，如图3所示，测得的轨道大巷前方煤体内瓦斯压力和瓦斯含量结果分别为：瓦斯压力P=0.79MPa，大于0.74MPa；瓦斯含量W=3.4m3/t，小于8m3/t。

表1 轨道大巷前探钻孔参数与见煤情况

轨道大巷监测的瓦斯压力为0.79MPa，大于国家规定的0.74MPa的要求，综合分析，南翼轨道大巷所揭4煤具有突出危险性。因此，必须采取防突措施以保障大巷揭煤顺利实现。

3.2 地面和井下联合区域防突技术

为确保顾北矿南翼轨道大巷安全揭4煤，提出在南翼轨道大巷采用地面和井下联合区域防突技术进行瓦斯抽排，防治瓦斯突出现象的发生。

1)首先采取由地面施工钻孔，钻孔穿过巷道前方所揭4煤煤体，即轨1孔。并在随后开始地面掏煤，掏煤结束时掏穴直径为2m，地面钻孔掏出煤量约2t，从钻孔至掏煤结束共历时约98d。

2)其次在轨道大巷掘进工作面处向4煤施工9个钻孔，与地面钻孔(轨1孔)联通，进行地面井下联合洗煤，钻孔直径133mm，地面钻孔(轨1孔)与井下钻孔进行地面井下联合洗煤，共联合洗煤6次，由开始时冲出糊状泥岩，煤泥较少情况，至重新采用钻机进行透孔后，共压水洗煤16次，累计冲孔66.98h，洗出块状煤、煤屑、煤泥、块状矸石、岩粉等沉淀物57.0m3，泥岩含量相对较高。待洗煤工序结束后，将地面和井下洗煤钻孔进行注浆封孔，最终注浆压力达到18MPa时结束注浆。地面和井下联合洗煤过程中，瓦斯浓度与瓦斯涌出量基本未发生变化。

3)最后，在大巷掘进工作面距4煤法距13.0m迎头和左右钻场共施工99个瓦斯排放钻孔，排放钻孔施工过程中未出现过瓦斯动力现象，巷道揭煤期间将巷帮钻场钻孔均封孔，保持连续抽采。

3.3 区域防突效果检验

1)采用地面和井下联合洗煤区域防突技术施工结束后，由轨道大巷掘进工作面至4煤法向距离10m处再次施工3个测压钻孔，测得煤体的瓦斯压力和瓦斯含量分别为0.5MPa和2.58m3/t，远小于瓦斯突出的指标值，因此确定该工作面所揭4煤目前处于无突出危险状态。

2)在掘进工作面距4煤最小法距5m时，在迎头采用综合指标法和钻屑瓦斯解吸指标法进行区域验证，验证孔3个，其中一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并至少有1个钻孔控制到井巷轮廓线外不少于5m位置。取煤样化验及现场预测结果为：①综合指标D=-1.03<0.25，且煤体强度K=14.28MPa<15MPa；②最大钻屑瓦斯解吸指标K1=0.09<0.5(mL/g·min1/2)；③验证时未发现其他异常情况。区域验证指标均不超限，且验证钻孔施工过程中无异常现象，故确定轨道大巷掘进前方煤体为无突出危险煤体。

3)最后在巷道掘进工作面距4煤法距3.0m处，采用了钻屑指标法进行了最后验证，测得最大K1=0.04mL/(g·min1/2)，最大钻屑量S=3.3kg/m，指标均不超限，且进行验证时无其他异常动力现象，确定巷道所揭4煤无突出危险。

4 大巷揭煤现场施工

顾北矿南翼轨道大巷掘进揭煤施工采用远距离放炮的方式，揭煤期间瓦斯含量和瓦斯压力等循环监测指标均未超标，且未出现其他动力现象。其中，轨道大巷揭煤长度为27m，历时16d。可见，采用地面和井下联合洗煤区域防突技术，有效地防止了煤与瓦斯突出现象的发生，使大巷揭煤施工顺利开展，具有较高的社会效益和推广应用价值。

5 结 论

1)通过对大巷掘进工作面前方煤体赋存情况进行钻探，获得了掘进工作面前方见煤情况，验证了地质条件中提到的存在“煤包”现象，为大巷揭煤提供了可靠的依据。

2)由大巷掘进工作面向煤体施工测压孔，通过监测瓦斯压力和瓦斯含量及煤体强度的方法对煤体的突出危险性进行了预测，确定了巷道前方4煤为具有突出危险性煤体。

3)提出了地面和井下联合洗煤的区域防突技术，并通过综合指标法、煤体强度监测、最大钻屑瓦斯解析指标及消突过程的现象等对区域消突效果进行了检验，成功对大巷前方煤体瓦斯进行了消突。

4)轨道大巷采用远距离放炮的方式进行揭煤，其中轨道大巷成功揭煤长度为27m，揭煤期间瓦斯含量和瓦斯压力等循环监测指标均未超标，且未出现其他动力现象，成功实现了大巷顺利揭煤。