玉溪煤礦頂板巷在近水平厚煤層石門揭煤防突中的應(yīng)用＊

劉 軍 李晉生

（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，454003；2.河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，河南省焦作市，454003；3.山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西省晉城市，048000）

1 礦井及井筒概況

玉溪煤礦為基建礦井，礦井設(shè)計(jì)采用斜井開拓，共布置主斜井、副斜井、進(jìn)風(fēng)立井和回風(fēng)立井4個(gè)井筒。玉溪煤礦3＃煤層傾角小于8°，厚度平均為5.71m，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)副斜井揭露煤層地點(diǎn)最大原始瓦斯含量為19.92 m3／t，最大瓦斯壓力為2.79 MPa，具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。副斜井井口位于工業(yè)廣場(chǎng)的西北部，井口標(biāo)高+792.2 m，井底標(biāo)高+320 m，井筒傾角-20°，設(shè)計(jì)斜長(zhǎng)1380m，副斜井?dāng)嗝嫘螤顬橹眽Π雸A拱，寬4900mm，高4550mm，面積19.7m2，預(yù)計(jì)揭露3＃煤層位置為1281m。

2 近水平厚突煤層揭煤方案

由于玉溪煤礦3＃煤層傾角小、厚度大，會(huì)導(dǎo)致石門揭煤段過長(zhǎng)，出現(xiàn)頂鉆、卡鉆、噴孔等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致鉆孔無法一次性穿透煤層全厚。而《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中要求，揭煤工作面施工的鉆孔盡可能穿透煤層全厚；當(dāng)不能一次打穿煤層全厚時(shí)，可分段施工，但第一次實(shí)施的鉆孔穿煤長(zhǎng)度不得小于15m。然而分段實(shí)施防突措施會(huì)增大突出危險(xiǎn)性，延長(zhǎng)揭煤時(shí)間。

為了實(shí)現(xiàn)區(qū)域瓦斯有效治理，縮短揭煤工期，結(jié)合玉溪煤礦井田勘探地質(zhì)報(bào)告和玉溪煤礦副斜井井筒工作面的實(shí)際情況，提出施工頂板巷道布置區(qū)域預(yù)抽鉆孔的防突技術(shù)。結(jié)合揭煤地點(diǎn)煤層賦存特性，在巷道掘進(jìn)至距煤層頂板法距7 m 的位置，平行于煤層頂板施工頂板巷，在頂板巷內(nèi)向揭煤區(qū)域布置預(yù)抽鉆孔，保證區(qū)域防突措施一次性覆蓋整個(gè)揭煤區(qū)域。近水平厚煤層石門揭煤防突工藝流程見圖1。

圖1 近水平厚煤層石門揭煤防突工藝流程圖

2.1 通過頂板巷施工區(qū)域抽采鉆孔

采用傳統(tǒng)的在掘進(jìn)工作面分段施工區(qū)域預(yù)抽鉆孔的方法不能一次全覆蓋整個(gè)揭煤區(qū)域，即使勉強(qiáng)能覆蓋，由于鉆孔過長(zhǎng)，無法保證鉆孔按設(shè)計(jì)要求施工到位，就不能真正覆蓋整個(gè)揭煤區(qū)域。而在頂板巷內(nèi)施工預(yù)抽鉆孔，可以保證鉆孔一次覆蓋整個(gè)揭煤區(qū)域。

玉溪煤礦副斜井巷道掘進(jìn)至距煤層最小法距7m處停頭，首先施工長(zhǎng)18.5 m 的頂板巷，頂板巷推進(jìn)時(shí)與煤層頂板平行且保持7 m 法距，頂板巷為半圓拱形斷面，寬4.9m，高3m。頂板巷內(nèi)施工穿層鉆孔。鉆孔控制范圍為揭煤處巷道輪廓線外12m，同時(shí)控制范圍的邊緣到巷道輪廓線的最小距離不小于5m。頂板巷及區(qū)域預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)如圖2所示。

抽采鉆孔設(shè)計(jì)施工13排，共195個(gè)鉆孔，開孔排間距1.4m （十三排與十四排排間距1.7m），每排開孔間距0.49 m，每個(gè)鉆孔長(zhǎng)度為17.66～57.11m，鉆孔總長(zhǎng)度為11310.5 m，其中巖孔長(zhǎng)度6648.8m，煤孔長(zhǎng)度4661.7m。

抽采鉆孔使用兩臺(tái)ZDY1900S 型全液壓鉆機(jī)施工 （施工時(shí)前后各一臺(tái)進(jìn)行施工，至后期撤出一臺(tái)），鉆孔孔徑?94 mm，瓦斯抽放孔使用?50m PE管和聚氨酯封及棉紗進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)度為6m，孔口使用?50mm 鎧裝管連接至抽放系統(tǒng)。

2.2 沖煤掃孔

沖煤掃孔技術(shù)主要是通過兩方面加速瓦斯釋放，一方面沖出孔內(nèi)積水，減小瓦斯向孔內(nèi)流動(dòng)的阻力，降低水分對(duì)煤體瓦斯的抑制解吸效應(yīng)；另一方面沖出了煤體，包括孔內(nèi)垮落堆積的煤體和孔周流變破壞比較嚴(yán)重的煤體，為后續(xù)煤體的移動(dòng)變形提供空間，使集中應(yīng)力深移，卸壓范圍增大，孔洞周圍煤體的孔隙裂隙網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)育，增加了煤體的透氣性，最終達(dá)到加速瓦斯運(yùn)移的效果。

2.3 水泥砂漿灌注頂板巷底板裂隙

抽采鉆孔漏氣是影響瓦斯抽采效果的主要因素之一，導(dǎo)致漏氣的原因有人為因素，沒有按照要求嚴(yán)密封孔、抽采鉆孔與巷道底板裂隙導(dǎo)通。解決辦法是在近水平的頂板巷底板用水泥砂漿做300mm的加厚層，一方面灌注頂板巷底板裂隙，另一方面相當(dāng)于封孔長(zhǎng)度增加了300mm，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密封孔。

圖2 頂板巷及區(qū)域預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)圖

2.4 煤體注漿固化

利用已打好的區(qū)域預(yù)抽鉆孔作為煤體注漿固化的注漿孔，采用高壓注水泥砂漿的方法對(duì)所有的抽采鉆孔進(jìn)行注漿，固化煤體，實(shí)現(xiàn)一孔多用。

3 防突措施效果

2012年6月1日-8月13日，在副斜井揭煤處施工穿層鉆孔進(jìn)行預(yù)抽，施工區(qū)域瓦斯抽采鉆孔205個(gè)，鉆孔直徑?94 mm，鉆孔總長(zhǎng)度9647 m，其中巖孔4669.5m，煤孔長(zhǎng)度4977.5m。鉆孔覆蓋整個(gè)揭煤區(qū)域，如圖3所示。

2012年6月1日-11月5日，玉溪煤礦副斜井合計(jì)抽采瓦斯867701.92m3。

圖3 區(qū)域預(yù)抽鉆孔實(shí)際軌跡圖

煤層殘余瓦斯含量由式 （1）計(jì)算：

式中：Wcy——煤的殘余瓦斯含量，m3／t；

W0——煤的原始瓦斯含量，m3／t；

Q——鉆孔排瓦斯總量，m3；

G——參與計(jì)算煤炭?jī)?chǔ)量，t。

經(jīng)計(jì)算副斜井揭煤區(qū)域煤炭?jī)?chǔ)量為47044.72t，瓦斯儲(chǔ)量為1420825.82 m3。抽采瓦斯量867701.92m3，瓦斯預(yù)抽率為61.07%。按原始瓦斯含量19.36 m3／t，副斜井揭煤區(qū)域計(jì)算殘余瓦斯含量為7.53m3／t。然后采用殘余瓦斯含量和殘余瓦斯壓力指標(biāo)對(duì)副斜井揭煤地點(diǎn)實(shí)施區(qū)域防突措施后的瓦斯突出危險(xiǎn)性進(jìn)行區(qū)域效果檢驗(yàn)，按要求在揭煤區(qū)域布置4個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)，副斜井區(qū)域效果檢驗(yàn)鉆孔施工參數(shù)如表1所示，效果檢驗(yàn)情況如表2所示。

表1 副斜井區(qū)域效果檢驗(yàn)鉆孔施工參數(shù)表

表2 副斜井揭煤區(qū)域效果檢驗(yàn)結(jié)果

距煤層頂板法距5 m 位置，采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證和工作面的突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，測(cè)定最大值是0.27 ml／g·min1／2，小于臨界值0.5ml／g·min1／2。

距煤層頂板法距1.5m，采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值進(jìn)行爆破前最后驗(yàn)證，測(cè)定最大值是0.35 ml／g·min1／2，小于臨界值0.5ml／g·min1／2。

經(jīng)效果檢驗(yàn)無突出危險(xiǎn)后，巷道穿煤過程中，采用邊掘邊抽和掘進(jìn)工作面淺孔排放的煤巷掘進(jìn)防突管理程序。穿煤后向巷道底板的煤層中施工了部分卸壓排放孔，確保石門揭煤的安全。整個(gè)巷道揭煤段長(zhǎng)度72m，揭煤過程中未出現(xiàn)動(dòng)力現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）石門揭穿近水平厚煤層時(shí)，因巷道斷面大、地壓大、造成巷道難以支護(hù)，揭煤距離長(zhǎng)、過程復(fù)雜，區(qū)域抽放鉆孔需要覆蓋的區(qū)域較大，長(zhǎng)鉆孔覆蓋整個(gè)區(qū)域打鉆難度較大，必須采取合理可行的石門揭煤防突方案和區(qū)域預(yù)抽鉆孔布置方案，施工頂板巷布置區(qū)域預(yù)抽鉆孔的方案效果顯著。

（2）實(shí)踐了通過頂板巷方式布置穿層鉆孔預(yù)抽、水泥砂漿灌注封堵頂板巷底板裂隙、預(yù)抽效果檢驗(yàn)、水泥砂漿灌注預(yù)抽孔煤體固化等一套適合近水平厚煤層石門揭煤的防突技術(shù)。該方法在玉溪煤礦副斜井石門揭開3＃煤層中得到了應(yīng)用，消除了石門揭煤的突出危險(xiǎn)性，實(shí)現(xiàn)了安全、快速揭煤。

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