松軟高突煤巷快速掘進(jìn)綜合防突技術(shù)

李 輝 陳良華

（1.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南省焦作市，454000；2.義煤集團(tuán)新義礦業(yè)有限公司，河南省義馬市，472300）

松軟高突煤巷快速掘進(jìn)綜合防突技術(shù)

李 輝1陳良華2

（1.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南省焦作市，454000；2.義煤集團(tuán)新義礦業(yè)有限公司，河南省義馬市，472300）

為了改變新義礦12041工作面運(yùn)輸巷道掘進(jìn)時(shí)突出危險(xiǎn)性高、巷道掘進(jìn)困難、掘進(jìn)速度緩慢的現(xiàn)狀，根據(jù)工作面地質(zhì)條件，結(jié)合礦井瓦斯防治理論，提出工作面區(qū)域防突及局部防突相結(jié)合的綜合防突技術(shù)，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：綜合防突技術(shù)能使運(yùn)輸巷道掘進(jìn)面及兩幫煤體的集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，煤體裂隙增多，煤體內(nèi)的瓦斯能量得到有效釋放，消除或降低巷道掘進(jìn)時(shí)煤體突出的危險(xiǎn)性，有效降低了瓦斯超限幾率，提高了巷道掘進(jìn)速度。

高突煤層 巷道掘進(jìn) 防突技術(shù) 大孔徑鉆孔

1 工作面概況

義煤集團(tuán)新義礦12041工作面埋深為630～663m，工作面構(gòu)造簡(jiǎn)單，褶皺寬緩，總體上呈一單斜形態(tài)。根據(jù)地面三維地震勘探資料，該工作面內(nèi)無(wú)較大的斷層等地質(zhì)構(gòu)造。煤層直接底為深灰色砂質(zhì)泥巖，平均厚度約4.6m；老底為硅質(zhì)泥巖，平均厚度為2.61m。煤層的偽頂為炭質(zhì)泥巖，厚度為0～2m，直接頂為砂質(zhì)泥巖、泥巖，平均厚度約8.2m；老頂為砂巖，平均厚度約14.2m。開(kāi)采煤層為二1煤層，煤質(zhì)松軟，煤堅(jiān)固性系數(shù)f為0.22～0.65，平均值為0.35。瓦斯放散初速度ΔP為15.0～28.0Pa，具備發(fā)生煤與瓦斯突出的煤體結(jié)構(gòu)條件。

12041工作面運(yùn)輸巷道位于工作面東部，主要負(fù)責(zé)12041工作面回采時(shí)的通風(fēng)、行人、運(yùn)輸。巷道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為957m，采用36U型棚進(jìn)行支護(hù)，棚距為500mm，掘進(jìn)斷面為半圓拱形，斷面積為18.2m2（下寬6060mm，高3970mm），凈斷面16.1m2。在12041工作面運(yùn)輸巷道施工3個(gè)測(cè)壓孔測(cè)該工作面的原始瓦斯壓力，最高值為1.5MPa，超過(guò)指標(biāo)規(guī)定。運(yùn)輸巷道揭煤施工排放鉆孔過(guò)程中，測(cè)定了部分排放孔鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)（△h2），對(duì)該工作面的突出危險(xiǎn)性進(jìn)行了預(yù)測(cè)，其中最大值為200Pa（解析指標(biāo)臨界值150Pa干煤）。

綜上所述，該工作面具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中必須執(zhí)行區(qū)域防突與局部防突相結(jié)合的綜合防突技術(shù)。

2 綜合防突技術(shù)

2.1 煤巷區(qū)域防突技術(shù)

結(jié)合煤層賦存和12041工作面實(shí)際情況，采用底板穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯的區(qū)域防突技術(shù)。鉆孔施工好后，先用高壓水沖刷煤孔段孔壁，將煤層沖出一個(gè)直徑0.5～1.2m的孔洞，給煤層提供一個(gè)充足的碎漲空間，從而使煤層內(nèi)壓力充分釋放，最后封孔預(yù)抽煤層瓦斯。12041運(yùn)輸巷道進(jìn)入底板穿層鉆孔控制區(qū)域前的巷道掘進(jìn)采取順層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯的區(qū)域綜合防突技術(shù)。

2.1.1 區(qū)域防突技術(shù)

（1）區(qū)域防突控制范圍。該巷道掘?qū)?m，根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》近水平煤層區(qū)域措施必須控制巷道兩幫各15m，總控制寬度36m；由于兩鉆場(chǎng)間距為25m，鉆孔控制交叉距為5m，因此鉆場(chǎng)左右控制長(zhǎng)度取30m，則措施孔控制范圍為36m×30m，區(qū)域防突孔布置及控制范圍見(jiàn)圖1。

圖1 區(qū)域防突孔布置及控制范圍

（2）孔底間排距及鉆孔數(shù)量的確定。根據(jù)水力沖孔經(jīng)驗(yàn)，鉆孔水力沖孔后近3d的有效影響半徑在6～8m之間。因此，在運(yùn)輸巷道兩幫15m范圍內(nèi)，采用間距6m的網(wǎng)格式?jīng)_孔＋抽放鉆孔（鉆孔間距為終孔點(diǎn)間距）。巷道掘進(jìn)期間，每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)先布置7排孔，每排5個(gè)，鉆孔具體施工參數(shù)見(jiàn)圖1，孔徑均取133mm，孔深在12～40m之間。

（3）鉆場(chǎng)布置。12041運(yùn)輸巷道底板瓦斯抽排巷每隔25m布置1個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)規(guī)格為寬4.5m、高3.5m、深4.5m。鉆場(chǎng)掘進(jìn)防突措施按工作面掘進(jìn)局部防突措施執(zhí)行。

（4）12041底板巷布置。12041工作面運(yùn)輸巷道底板瓦斯抽排巷與12041工作面運(yùn)輸巷道呈外錯(cuò)布置，錯(cuò)距20m，布置在二1煤層底板的泥巖中，掘進(jìn)過(guò)程中巷道頂板距二1煤層底板保持5～9m厚的安全巖柱。

2.1.2 水力沖孔

（1）施工順序。打鉆→判別煤層位置→沖整個(gè)煤段→返水變清→鉆孔透視儀觀測(cè)孔洞形狀。

（2）孔徑。為便于排渣，孔徑取133mm。

（3）孔深。實(shí)際孔深為穿透煤層進(jìn)入煤層頂板0.5m位置設(shè)計(jì)孔深。

（4）沖孔壓力。第一遍沖孔壓力為10～15MPa，第二遍壓力為15～25MPa。

（5）沖孔煤量。每個(gè)鉆孔沖出煤量不得小于每米1t，且每米沖出煤量不得小于5m。

（6）技術(shù)要求。沖孔前安裝防噴裝置，將噴嘴送到煤層預(yù)定位置，設(shè)定泵壓在15MPa，開(kāi)泵進(jìn)行水力沖孔，然后從外向里逐漸沖孔，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，并抽拉鉆桿，以利于排渣，沖孔后可從里向外再?zèng)_孔，采用邊進(jìn)邊退的方法，直至出清水為止。為防止埋鉆和憋孔，可控制沖孔速度或間歇式?jīng)_孔，但大量出煤期間，不能停鉆，加鉆桿可在出煤量較小且返水量正常時(shí)進(jìn)行。發(fā)生憋孔時(shí)可停止供水，但不能停鉆，以利于排粉。

（7）水、煤和氣分離。沖出的煤、水和瓦斯主要通過(guò)防噴裝置分離，分離出的瓦斯直接通過(guò)抽放系統(tǒng)抽走，煤和水進(jìn)入沉淀箱，煤沉淀在沉淀箱里，水從沉淀箱流入水溝，再進(jìn)入沉淀池二次沉淀。剩余的瓦斯氣體在沉淀箱內(nèi)被抽走。煤粉通過(guò)礦車(chē)直接運(yùn)走，或先裝袋再通過(guò)礦車(chē)集中運(yùn)輸。

2.1.3 瓦斯抽放

（1）每個(gè)鉆孔沖孔結(jié)束后必須立即連管抽放，每個(gè)鉆孔必須安設(shè)孔板，以便于測(cè)瓦斯參數(shù)。

（2）根據(jù)沖孔原理和鄰近礦井沖孔經(jīng)驗(yàn)，在沖孔結(jié)束后的抽放過(guò)程中，瓦斯?jié)舛葧?huì)由小到大，再由大到小衰減。當(dāng)鉆場(chǎng)沖孔結(jié)束后，待每個(gè)鉆孔瓦斯?jié)舛冉抵?.5%以下時(shí)，方可進(jìn)行區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)。

（3）效果檢驗(yàn)指標(biāo)超臨界值后，拆除抽放管進(jìn)行二次沖孔。

2.2 掘進(jìn)面局部防突技術(shù)

為保證工作面掘進(jìn)過(guò)程中的施工安全，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，若區(qū)域驗(yàn)證為有突出危險(xiǎn)時(shí)，必須采取局部防突措施，經(jīng)過(guò)效果檢驗(yàn)判定為無(wú)突出危險(xiǎn)時(shí)，采取安全防護(hù)措施后進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。

2.2.1 煤巷掘進(jìn)局部防突技術(shù)

根據(jù)巷道煤層的實(shí)際厚度，采取不同的局部防突措施孔設(shè)計(jì)參數(shù)。

（1）抽放孔布置及數(shù)量的確定。

①布置方式。根據(jù)鉆機(jī)情況，為提高打鉆效率，抽放孔按矩形布置，開(kāi)孔位置根據(jù)巷道斷面煤層位置確定。

②數(shù)量。措施孔控制到巷道兩幫5m，按照影響半徑，當(dāng)煤厚小于等于8m時(shí)按3排、9列，共布置27個(gè)孔，最大孔底間距為2008mm×3000 mm，當(dāng)煤厚大于8m時(shí)按4排、9列，共布置36個(gè)孔，最大孔底間距為2008mm×3000mm，孔口間排距為600mm×400mm，符合《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》及有關(guān)規(guī)定。

③孔深。根據(jù)孔深與抽放效果關(guān)系，抽放孔投影深度取15m，孔徑?89mm，超前距10m。

④煤層厚度變化較大時(shí)局部防突措施孔。煤層厚度小于2m時(shí)，只施工1排鉆孔，俯（仰）角同煤層傾角；煤層厚度在2～6m時(shí)，施工2排鉆孔；煤厚大于等于6m，小于等于8m時(shí)，施工3排鉆孔；煤厚大于8m時(shí)，施工7排鉆孔。

（2）技術(shù)要求。每施工1個(gè)抽放鉆孔，都要及時(shí)采用簡(jiǎn)易封孔器或聚氨酯進(jìn)行封孔（必須保證封孔嚴(yán)密不漏氣），連管抽放，當(dāng)最后一個(gè)抽放鉆孔施工結(jié)束抽放2h，全部鉆孔停抽1h后方可效檢。

2.2.2 全巖掘進(jìn)防突技術(shù)

12041工作面運(yùn)輸巷道掘進(jìn)過(guò)程中，由于煤層賦存變化較大，可能出現(xiàn)全巖掘進(jìn)，為保證巷道全巖段掘進(jìn)時(shí)的安全，采用超前探測(cè)防突措施。在掘進(jìn)前，必須在掘進(jìn)工作面沿巷道掘進(jìn)方向，施工1～3個(gè)探測(cè)孔，探測(cè)孔孔深15m，掘進(jìn)必須在探測(cè)范圍內(nèi)進(jìn)行，并留不小于5m的超前距，同時(shí)每個(gè)掘進(jìn)循環(huán)（1m）施工3個(gè)短探孔，孔徑為42mm，孔深4～5.6m，超前距不小于3m，不見(jiàn)煤可掘進(jìn)1m；探測(cè)到煤時(shí)，根據(jù)煤層情況按揭煤要求制定專(zhuān)項(xiàng)措施。

3 工作面防突效果檢驗(yàn)

3.1 驗(yàn)證指標(biāo)及臨界值

綜合防突驗(yàn)證指標(biāo)及臨界值見(jiàn)表1，有一項(xiàng)超標(biāo)即為有突出危險(xiǎn)。

表1 防突驗(yàn)證指標(biāo)及臨界值表

3.2 防突技術(shù)效果驗(yàn)證要求

（1）工作面進(jìn)入無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，進(jìn)行連續(xù)區(qū)域驗(yàn)證。

（2）掘進(jìn)工作面每推進(jìn)5m進(jìn)行一次區(qū)域驗(yàn)證。

（3）每3個(gè)驗(yàn)證循環(huán)必須在工作面施工一個(gè)深25m（超前距10m）的超前鉆孔或采用超前物探措施，探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和觀察突出預(yù)兆。

（4）當(dāng)區(qū)域驗(yàn)證為無(wú)突出危險(xiǎn)時(shí)，必須采取安全防護(hù)措施后才能進(jìn)行掘進(jìn)，首次進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，掘進(jìn)前保留10m的預(yù)測(cè)超前距。

（5）只要有一次區(qū)域驗(yàn)證為有突出危險(xiǎn)或超前鉆孔等發(fā)生了突出預(yù)兆，則該區(qū)域以后的掘進(jìn)過(guò)程必須執(zhí)行局部綜合防突措施。

3.3 工作面防突措施效果檢驗(yàn)孔布置及規(guī)定

主巷效檢孔控制巷幫4m，效檢孔孔徑42mm，應(yīng)盡可能布置在軟分層中，一個(gè)鉆孔位于掘進(jìn)巷道斷面中部，并平行于掘進(jìn)方向，其他鉆孔的終孔點(diǎn)必須位于巷道斷面兩側(cè)輪廓線(xiàn)外4m處。校檢孔按照煤厚分為：煤厚0～4m時(shí)按照3個(gè)校檢孔布置；4m以上按照五花孔（即在巷道正中間上、下各增加一個(gè)校檢孔）布置，鉆孔布置見(jiàn)圖2。

圖2 主巷效果檢驗(yàn)孔布置圖

進(jìn)行效檢必須符合如下規(guī)定：

（1）在掘進(jìn)工作面施工?42mm、深15m的鉆孔，中孔沿掘進(jìn)方向，兩個(gè)邊孔的終孔應(yīng)位于巷道輪廓線(xiàn)以外4m。

（2）檢驗(yàn)孔應(yīng)盡可能布置在最軟的軟煤分層中，并應(yīng)布置在措施孔之間，距措施孔不得小于0.3m。

（3）中孔在2m、4m、6m處，邊孔在3m、5m、7m處分別依次測(cè)定△h2。

（4）校檢孔全部測(cè)定q值。鉆孔深2m后，每米測(cè)定一個(gè)q值。

（5）校檢孔全部測(cè)定鉆屑量。鉆孔深2m后，每1m測(cè)定一次鉆屑量。

（6）測(cè)定瓦斯涌出初速度時(shí)，測(cè)量室長(zhǎng)度1m，并做到封嚴(yán)不漏氣，封孔氣壓不低于0.2MPa，測(cè)定工作在2min內(nèi)完成。

4 結(jié)論

區(qū)域防突技術(shù)給運(yùn)輸巷道兩幫煤體提供一個(gè)充足的碎漲空間，從而使煤層內(nèi)壓力充分釋放，使煤體集中應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，防突孔控制范圍內(nèi)應(yīng)力減弱，煤體裂隙擴(kuò)張、增多，工作面前方煤體透氣性系數(shù)增大，瓦斯抽放效果顯著。

綜合防突技術(shù)使煤體內(nèi)的瓦斯能量得到有效釋放，消除或降低巷道施工掘進(jìn)時(shí)煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性，有效降低了瓦斯超限幾率，提高了巷道掘進(jìn)速度，在巷道施工掘進(jìn)過(guò)程中，取得了較為理想效果。

［1］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2007

［2］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009

［3］ 孔留安，郝富昌，劉明舉等.水力沖孔快速掘進(jìn)技術(shù)［J］.煤礦安全，2005（12）

［4］ 俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992

［5］ 林柏泉，張建國(guó).礦井瓦斯抽放理論與技術(shù)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007

［6］ 謝文強(qiáng)，李煥.煤層鉆孔瓦斯抽放參數(shù)模擬與應(yīng)用［J］.中國(guó)煤炭，2012（4）

Integrated outburst－prevention technology in quick tunneling in soft high－outburst coal roadway

Li Hui1，Chen Lianghua2
（1.College of Safety Science and Engineering，Henan Polytechnic University，
Jiaozuo，Henan 454000，China；2.Xinyi Mining Co.，Ltd.，Yima Coal Industry Group，Yima，Henan 472300，China）

In order to change the status quo of high outburst danger，difficult and slow driving in haulage roadway tunneling in 12041face in Xinyi Mine，the paper puts forward the integrated outburst－prevention technology which combines the working face regional outburst－prevention with the partial outburst－prevention，basing on the working face geological condition and mine gas prevention theory，and does a in－situ test.The test results show that the integrated outburst－prevention technology makes the concentrated stress of the haulage roadway tunneling face and the two sides？coal move to the deep area，and increase the fissures in coal body，which will make gas energy release effectively，and eliminate or reduce the coal outburst danger in tunneling，so the gas overrun rate is effectively reduced，and tunneling speed is improved.

high－outburst coal seam，tunneling，outburst－prevention technology，large－diameter borehole

TD713.3

A

李輝（1978－），男，河南開(kāi)封人，碩士研究生，講師，畢業(yè)于河南理工大學(xué)安全技術(shù)及工程專(zhuān)業(yè)，從事礦井瓦斯防治、礦井降溫與除塵方面的研究。

（責(zé)任編輯 張艷華）