青東煤礦突出危險區(qū)煤巷掘進高壓水力強化沖煤卸壓防突技術(shù)

李 健

（淮北礦業(yè)青東煤業(yè)有限公司，安徽 淮北 235143）

0 引言

青東煤業(yè)為煤與瓦斯突出礦井，其中主采的7、8煤層為突出煤層。礦井瓦斯、火等災(zāi)害俱全，瓦斯災(zāi)害嚴重。礦井堅持區(qū)域治理，優(yōu)先選用開采突出危險性較小的7煤作為8煤的上保護層進行開采的區(qū)域防突措施，取得了較好的安全效果。根據(jù)82采區(qū)煤層及瓦斯賦存情況，824里工作面上部7煤層賦存極不穩(wěn)定，不具備開采保護層條件，故采用預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突方案。即利用底板巖巷施工上向穿層鉆孔，預(yù)抽煤巷條帶瓦斯消除煤巷條帶突出危險。但是在824里機巷煤巷掘進期間仍存在受地應(yīng)力影響發(fā)生突出危險的可能，尤其在斷層密集區(qū)及因?qū)踊瑯?gòu)造引起的煤層急劇增厚區(qū)易發(fā)生突出，造成煤與瓦斯突出事故。

本文以淮北礦業(yè)集團青東煤礦824里機巷煤巷掘進前高壓水力強化沖煤卸壓技術(shù)的實施為工程背景，在采用底板密集穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯消除煤巷掘進突出危險的區(qū)域防突措施，經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗合格后，在回采前再實施一輪高壓水力化強化沖煤卸壓措施，通過高壓水力“鉆、沖、采”大量的軟煤，改變煤體結(jié)構(gòu)性能,有效的降低了煤層瓦斯壓力和瓦斯含量，從而確保安全回采，取得了良好的應(yīng)用效果。

1 近煤層巖石巷道突出危險性及揭煤難點分析

突出危險區(qū)煤巷掘進過程中突出危險性主要來自于三個方面：（1）煤層賦存不穩(wěn)定，特別是因?qū)踊瑯?gòu)造引起的煤層急劇增厚區(qū)易富含瓦斯；（2）礦井地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，存在部分未查明的中小斷層，造成瓦斯和地應(yīng)力不能完全釋放；（3）8煤為松軟低透氣特厚煤層，透氣性較差，鉆孔施工結(jié)束合茬抽采效果不佳。

2 824里機巷煤巷掘進工作面概況

824里工作面位于礦井82采區(qū)，工作面上鄰82采區(qū)邊界，下鄰826工作面（未準備），東為 824 外工作面（未準備），西以 82-DF16（H=0～20m）為界。

1）地質(zhì)構(gòu)造：824里機巷共計斷層13條，均為正斷層。其中落差小于2m斷層5條，對煤巷掘進影響較小；落差2～5m斷層4條，對煤巷掘進影響較大；落差5～10m斷層2條，落差大于10m斷層2條。

2）煤層賦存情況：煤（巖）層產(chǎn)狀 342°～40°∠6～11°平均 8°，煤層厚度為3.0～8.1m，平均6.3m，8煤層為黑色，粉末狀夾塊狀，條帶狀結(jié)構(gòu)，半亮型，局部含兩層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。8煤層為穩(wěn)定厚煤層，變異系數(shù)為23.96%，可采指數(shù)為1。

3）上覆7煤層賦存情況：根據(jù)82采區(qū)煤層及瓦斯賦存情況，本次評價工作面上覆7煤層賦存極不穩(wěn)定，不具備開采保護層條件,實測該區(qū)段最大瓦斯含量為2.66m3/t。

4）瓦斯賦存情況：824里機巷走向長260m，煤層厚度平均為6.3m，根據(jù)《青東煤礦82采區(qū)7、8煤層煤與瓦斯突出危險性區(qū)域劃分報告》可知，824里機巷位于突出危險區(qū)。測得該區(qū)域8煤最大相對瓦斯壓力為0.86MPa，對應(yīng)煤層瓦斯含量為9.15m3/t，均大于突出危險臨界值。

3 高壓水力強化沖煤卸壓防突技術(shù)

為滿足采掘工作面安全生產(chǎn)的需求，經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗合格后，在煤巷掘進作業(yè)前再實施一輪高壓水力強化沖煤卸壓措施，進一步預(yù)抽煤體瓦斯釋放應(yīng)力。鉆孔按孔底間距8m×8m布置，控制范圍至巷道兩側(cè)輪廓線外20m，沖煤水壓控制在6MPa左右，采取邊鉆進邊沖孔的方式進行施工，沖煤卸壓工程結(jié)束后，對鉆孔進行合茬抽采。

利用此種方法主要有以下三個優(yōu)點：

1）通過高壓水力“鉆、沖、采”大量的軟煤，改變煤體結(jié)構(gòu)性能；

2）水潤濕軟化煤體釋放煤體儲存彈性能量，地應(yīng)力得到有效釋放；

3）煤層透氣性增強，加速煤層瓦斯解吸排采，有效降低煤層瓦斯壓力和瓦斯含量。

4 工程應(yīng)用

824里機巷采用預(yù)抽煤層瓦斯防突方案作為該區(qū)域區(qū)域性防突技術(shù)方案。該技術(shù)方案采用824里底抽巷施工穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯，孔底間距5m×5m網(wǎng)格布置，保護煤巷掘進。預(yù)抽有效并經(jīng)區(qū)域措施效果檢驗合格后，在煤巷掘進作業(yè)前，利用824里工作面底板抽排巷鉆場，再實施一輪高壓水力強化沖煤卸壓措施，孔底間距15m×15m網(wǎng)格布置，利用高壓泵結(jié)合水力沖煤—水力潤濕的綜合水力強排措施，沖出大量的煤粉，降低煤巷條帶及兩側(cè)輪廓線外20m的煤體應(yīng)力，充分濕潤煤體，增加煤層透氣性，進一步釋放煤體內(nèi)的瓦斯，待鉆孔施工結(jié)束后并入抽采系統(tǒng)進一步預(yù)抽煤層瓦斯，保證煤巷掘進工作面安全煤巷掘進。

4.1 高壓水力沖煤鉆孔設(shè)計

圖1 高壓水力沖煤強化鉆孔設(shè)計

鉆孔共計施工16列，每列5個鉆孔，共計80個孔。每個鉆孔均施工至煤層頂板0.5m位置，并控制機巷及兩側(cè)輪廓線外不小于20m。按孔底間距15m×15m網(wǎng)格布置，鉆孔直徑為113mm以上。

4.2 鉆孔施工情況

利用824里底抽巷施工高壓水力沖煤強化鉆孔控制824里機巷煤巷掘進區(qū)域，鉆孔終孔位置穿過煤層頂板0.5m處，鉆孔間距按孔底間距15m×15m網(wǎng)格布置，鉆孔直徑為113mm；鉆孔于2014年2月2日開始施工，2015年5月7日施工完畢，累計施工鉆孔81個，鉆孔深度平均為68m；累計沖出煤量482t，平均單孔沖出煤量5.5t。見圖2。

圖2 高壓水力沖煤強化鉆孔竣工平面圖

4.3 824里機巷煤巷掘進情況

采用高壓水力沖煤強化卸壓措施之后，在824里機巷煤巷掘進期間，利用鉆屑指標法進行工作面突出危險性循環(huán)預(yù)測，測得最大鉆屑指標△h2max最大值為80Pa，Smax=3.2kg，回風(fēng)流最大瓦斯?jié)舛?.23%，煤巷掘進期間未發(fā)生任何煤與瓦斯動力現(xiàn)象。提高煤巷掘進單進水平，保證了工作面正常接替，證明了該技術(shù)的有效性及可行性。

5 結(jié)論

針對突出危險區(qū)無保護層開采煤巷掘進瓦斯治理問題，提出了在區(qū)域措施治理有效后再次利用高壓水力沖煤強化卸壓措施的方法，通過在青東煤礦的現(xiàn)場應(yīng)用，證明了該技術(shù)方法的安全有效性。

1）針對突出危險區(qū)無保護層開采煤巷掘進瓦斯治理問題，分析了突出危險區(qū)煤巷掘進瓦斯治理的重點和突出原因，在分析現(xiàn)有的煤巷掘進區(qū)域綜合治理措施的基礎(chǔ)上，提出了利用底板抽排巷再次施工高壓水力沖煤強化卸壓鉆孔進一步消突的方法；

2）在青東煤礦824里機巷煤巷掘進防突過程中，采用區(qū)域預(yù)抽鉆孔+高壓水力強化沖煤卸壓措施進行消突的方法，結(jié)合824里機巷煤巷掘進期間突出危險性預(yù)測指標及煤巷掘進期間瓦斯情況，驗證了該方法通過改變了地應(yīng)力、瓦斯、煤的結(jié)構(gòu)性能三個突出主導(dǎo)因素，保證了煤巷掘進作業(yè)不受瓦斯、地應(yīng)力影響，實現(xiàn)了快速安全煤巷掘進。為其他突出礦井解決該問題提供了參考經(jīng)驗。

[1]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1992:106～108.

[2]青東煤業(yè)公司824里機巷煤巷掘進瓦斯綜合治理方案[Z].

[3]青東煤業(yè)公司松軟低透氣性突出煤層應(yīng)用沖孔強排措施解突效果研究[Z].