嚴(yán)重煤與瓦斯突出礦井近煤巖巷底鼓治理及原因分析

摘 要:孟津煤礦煤層埋藏深，瓦斯壓力大，瓦斯含量高，屬嚴(yán)重煤與瓦斯突出礦井。針對-322水平西翼軌道運輸大巷近煤掘進(jìn)期間嚴(yán)重底鼓及瓦斯涌出等現(xiàn)象，通過采用鉆孔卸壓及注漿加固技術(shù)對巷道底鼓進(jìn)行處理，實現(xiàn)了煤與瓦斯嚴(yán)重突出礦井近煤巖巷底鼓及瓦斯涌出的成功治理，提供了特定地質(zhì)條件下嚴(yán)重煤與瓦斯突出礦井巷道近煤掘進(jìn)底鼓治理的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞:煤與瓦斯突出 鉆孔卸壓 注漿加固 底鼓

中圖分類號:TD713文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)12(b)-0049-01

1 礦井概況

孟津煤礦為義馬煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司在建礦井。礦井位于河南省孟津縣橫水鎮(zhèn)境內(nèi)，東距孟津縣城15km，南距新安縣城27km。井田走向長度7km，傾斜寬5.7～10km，面積57.52Km2。孟津煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力120萬t/a，主采二迭系山西組二1煤層，煤層厚度0～9.1m，平均2.24m，屬較穩(wěn)定煤層。煤層結(jié)構(gòu)較簡單，局部夾矸1～2層，煤層厚度具有短距離內(nèi)急劇變化的特點。煤層傾角5°～10°。孟津煤礦煤層埋藏深(650～1000m)，瓦斯壓力大(3.1Mpa)，瓦斯含量高(13.94m3/t)，為嚴(yán)重煤與瓦斯突出礦井。

2 巷道底鼓現(xiàn)象

-322水平西翼軌道運輸大巷掘進(jìn)至測點XG6點附近時，扒矸機扒巖時底板發(fā)生斷裂(并伴隨有沉悶的斷裂聲)，回風(fēng)流瓦斯快速上升。大巷正頭往后8m開始距巷道左幫1.3m處底板開裂，巷道迅速鼓起，最大達(dá)到400mm落差，裂隙寬度約80～20mm，裂隙往后開展有18m，末端消失于巷道左幫。裂隙瓦斯含量高達(dá)4%～5%，裂縫內(nèi)部瓦斯含量最高達(dá)到9%，回風(fēng)流瓦斯含量達(dá)到了0.35%。

3 原因分析

-322水平西翼軌道運輸大巷設(shè)計斷面形狀為半圓拱形，凈斷面積18m2，凈寬4.8m，凈高4.27m，巷道布置在二1煤層頂板中粒砂巖(平均厚度17m)中，大巷曾經(jīng)在掘進(jìn)530m后為避開二1煤層往南偏移了35m，使底板巖柱增加到5.5m，但掘進(jìn)至測點XG6點附近時巷道底板發(fā)生斷裂并伴隨有回風(fēng)流瓦斯異常等現(xiàn)象。軌道大巷支護(hù)形式采用錨網(wǎng)噴。其間無巷道，未受過采動影響，應(yīng)視為原巖應(yīng)力場。經(jīng)過現(xiàn)場觀察從巷道斷面揭露巖層可直觀顯示該段巖層傾向節(jié)理發(fā)育，在4m高的巷道斷面上近水平分布20多組，厚度為50～500mm不等，多數(shù)中間夾有碳質(zhì)泥巖，在后期拉底打眼中還發(fā)現(xiàn)底板500mm一下有明顯空洞，瓦斯含量高。通過煤層等高線及前期施工的層位鉆資料顯示，二1煤層在此區(qū)域是一個背斜，該段正處于二1煤層上升階段。

經(jīng)過現(xiàn)場觀察分析論證該段巷道底鼓原因主要有以下幾點:

(1)該段巷道所處巖體傾向節(jié)理發(fā)育，底板圍巖整體強度降低，在打鉆、放炮及扒巖等采動影響下造成圍巖應(yīng)力傳播。

(2)二1煤層屬嚴(yán)重煤與瓦斯突出煤層，瓦斯壓力大，瓦斯含量高，巷道底板圍巖裂隙與煤層有聯(lián)通，在瓦斯壓力作用下巷道底板受張拉，并且?guī)r層節(jié)理之間被瓦斯充填圍巖自承能力進(jìn)一步削減。

(3)該段巷道處于背斜接近于頂部，在構(gòu)造應(yīng)力作用下，巖體受張拉，巖質(zhì)松軟。

在以上各種原因的共同作用下巷道底板中間受張拉兩側(cè)受剪切，并使底板圍巖斷裂并沿巷道方向開展，造成巷道底鼓及瓦斯涌出現(xiàn)象發(fā)生。

4 治理方法

結(jié)合巷道地質(zhì)條件借鑒以往經(jīng)驗并加以改進(jìn)，對巷道底鼓進(jìn)行處理。

(1)鉆孔卸壓。針對二1煤瓦斯壓力大的特點及以往的經(jīng)驗在底鼓發(fā)生段前后各10m范圍內(nèi)布置鉆孔，經(jīng)過沖孔及抽放對煤層瓦斯進(jìn)行卸壓。鉆孔布置形式為5m一組，每組3個，其中巷道正中布置一個，鉆孔垂直底板沿巷道方向成75°夾角，靠近巷幫0.5m各布置一個，垂直于巷幫與底板成45°夾角。采用Φ75mm鉆頭成孔，Φ94mm鉆頭擴孔，Φ50mm鉆頭沖孔。

(2)注漿加固。在鉆孔卸壓之后，利用卸壓鉆孔埋管注漿充填裂隙加固圍巖，切斷應(yīng)力傳播的途徑，增加底板巖層的整體性，提高其自承能力。注漿材料選用425號普通硅酸鹽水泥，漿液設(shè)計比重1.5t/m3。采取連續(xù)注漿方式注漿，采用水玻璃封口。

在往前掘進(jìn)過程中采用留底1m施工，人為增加底板巖柱，并在此基礎(chǔ)上執(zhí)行鉆孔卸壓和注漿加固，再掘進(jìn)20m后對已處理巷道進(jìn)行拉底施工，20m一個循環(huán)，直至巷道恢復(fù)正常掘進(jìn)。

5 效果檢驗

采取以上措施后，巷道底鼓及瓦斯動力現(xiàn)象徹底消失。保證了西翼軌道大巷的正常掘進(jìn)，減少了后期巷道維修工程。為軌道大巷的運輸提供質(zhì)量保證，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

6 結(jié)論

(1)鉆孔卸壓技術(shù)對嚴(yán)重煤與瓦斯突出礦井近煤巖巷掘進(jìn)期間消除瓦斯壓力，削減瓦斯應(yīng)力傳遞效果良好。應(yīng)用該技術(shù)能有效消除瓦斯動力現(xiàn)象，改變煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，盡快釋放地應(yīng)力，防治了巷道底鼓或變形，消除了瓦斯災(zāi)害的潛在威脅。該技術(shù)關(guān)鍵在于鉆孔的布置、大小、深度及工藝的選擇，重點是卸壓效果檢驗。

(2)注漿加固技術(shù)對夾雜泥質(zhì)頁巖的裂隙破碎帶效果顯著，尤其是傾向水平裂隙。應(yīng)用該技術(shù)能夠及時改變圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高巖石的整體強度，充填加固裂隙破碎帶能夠切斷應(yīng)力傳播的途徑，對嚴(yán)重煤與瓦斯突出礦井巷道由于應(yīng)力傳播導(dǎo)致的底鼓可以給予有效的預(yù)防和治理。利用卸壓孔注漿不僅節(jié)約成本，通過結(jié)合卸壓鉆孔布置實際情況認(rèn)真分析、科學(xué)計算，使其達(dá)到最佳效果。

(3)嚴(yán)重煤與瓦斯突出礦井大巷底板距瓦斯含量大、瓦斯壓力高的煤層頂板間距處于5m臨界值的巷道，雖然已經(jīng)提前做過地質(zhì)預(yù)報工作，但隨著工作面的推進(jìn)，在遇到斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造，該地段極易因為應(yīng)力傳播和瓦斯動力現(xiàn)象導(dǎo)致底鼓和瓦斯超限，甚至發(fā)生煤與瓦斯事故。

(4)西翼軌道大巷底鼓及瓦斯涌出現(xiàn)象的成功治理及巷道掘進(jìn)工藝的實踐，對由于采深增加日益增多的雙突礦井相似條件下的巷道底鼓治理、巷道掘進(jìn)施工及巷道布置有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

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[3] 袁亮.煤礦總工程師技術(shù)手冊.北京:煤炭工業(yè)出版社，2010.

①作者簡介:何偉(1984.10-)，男，湖南瀏陽人，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)任義煤集團(tuán)孟津煤礦生產(chǎn)技術(shù)部副部長。