嚴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期間嚴重底鼓及瓦斯涌出等現象，通過采用鉆孔卸壓及注漿加固技術對巷道底鼓進行處理，實現了煤與瓦斯嚴重突出礦井近煤巖巷底鼓及瓦斯涌出的成功治理，提供了特定地質條件下嚴重煤與瓦斯突出礦井巷道近煤掘進底鼓治理的經驗。

關鍵詞:煤與瓦斯突出 鉆孔卸壓 注漿加固 底鼓

中圖分類號:TD713文獻標識碼: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集團有限責任公司在建礦井。礦井位于河南省孟津縣橫水鎮境內，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。孟津煤礦設計生產能力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，屬較穩定煤層。煤層結構較簡單，局部夾矸1～2層，煤層厚度具有短距離內急劇變化的特點。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)，為嚴重煤與瓦斯突出礦井。

2 巷道底鼓現象

-322水平西翼軌道運輸大巷掘進至測點XG6點附近時，扒矸機扒巖時底板發生斷裂(并伴隨有沉悶的斷裂聲)，回風流瓦斯快速上升。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4%～5%，裂縫內部瓦斯含量最高達到9%，回風流瓦斯含量達到了0.35%。

3 原因分析

-322水平西翼軌道運輸大巷設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，大巷曾經在掘進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，但掘進至測點XG6點附近時巷道底板發生斷裂并伴隨有回風流瓦斯異常等現象。軌道大巷支護形式采用錨網噴。其間無巷道，未受過采動影響，應視為原巖應力場。經過現場觀察從巷道斷面揭露巖層可直觀顯示該段巖層傾向節理發育，在4m高的巷道斷面上近水平分布20多組，厚度為50～500mm不等，多數中間夾有碳質泥巖，在后期拉底打眼中還發現底板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煤層在此區域是一個背斜，該段正處于二1煤層上升階段。

經過現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理發育，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力傳播。

(2)二1煤層屬嚴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通，在瓦斯壓力作用下巷道底板受張拉，并且巖層節理之間被瓦斯充填圍巖自承能力進一步削減。

(3)該段巷道處于背斜接近于頂部，在構造應力作用下，巖體受張拉，巖質松軟。

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象發生。

4 治理方法

結合巷道地質條件借鑒以往經驗并加以改進，對巷道底鼓進行處理。

(1)鉆孔卸壓。針對二1煤瓦斯壓力大的特點及以往的經驗在底鼓發生段前后各10m范圍內布置鉆孔，經過沖孔及抽放對煤層瓦斯進行卸壓。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，漿液設計比重1.5t/m3。采取連續注漿方式注漿，采用水玻璃封口。

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

5 效果檢驗

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

6 結論

(1)鉆孔卸壓技術對嚴重煤與瓦斯突出礦井近煤巖巷掘進期間消除瓦斯壓力，削減瓦斯應力傳遞效果良好。應用該技術能有效消除瓦斯動力現象，改變煤體內部結構，盡快釋放地應力，防治了巷道底鼓或變形，消除了瓦斯災害的潛在威脅。該技術關鍵在于鉆孔的布置、大小、深度及工藝的選擇，重點是卸壓效果檢驗。

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

(3)嚴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，雖然已經提前做過地質預報工作，但隨著工作面的推進，在遇到斷層、裂隙等地質構造，該地段極易因為應力傳播和瓦斯動力現象導致底鼓和瓦斯超限，甚至發生煤與瓦斯事故。

(4)西翼軌道大巷底鼓及瓦斯涌出現象的成功治理及巷道掘進工藝的實踐，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、巷道掘進施工及巷道布置有一定的參考價值。

參考文獻

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[2] 東兆星，吳士良.井巷工程.徐州:中國礦業大學出版社，2004.1.

[3] 袁亮.煤礦總工程師技術手冊.北京:煤炭工業出版社，2010.

①作者簡介:何偉(1984.10-)，男，湖南瀏陽人，漢族，本科學歷，助理工程師，現任義煤集團孟津煤礦生產技術部副部長。