底板超短導硐快速揭煤技術研究

王彥峰

【摘 要】中馬村礦二1煤屬于嚴重煤與瓦斯突出煤層，29東工作面揭煤區域煤層較厚，為了快速消除該區域突出危險性，從底板抽采巷進行水力沖孔對揭煤區域進行瓦斯治理，有效地降低了揭煤爆破時巷道內瓦斯的涌出量，同時通過超短導硐揭煤技術進行揭煤爆破，實現了工作面的安全快速揭煤。

【Abstract】No. Two 1 seam in Zhongma Village Mine is a serious coal and gas outburst seam. The coal seam in the coal uncovering area of 29 east work face is thick， in order to eliminate the outburst danger quickly in this area， hydraulic punching from the drainage tunnel at the bottom plate is adopted to control the gas， which effectively reduces the gas emission in the roadway during uncovering coal blasting， at the same time， the coal blasting is carried out by exposing the coal with ultra short pilot tunnel to realize the safe fast uncovering the coal.

【關鍵詞】超短導硐；水力沖孔；快速揭煤

【Keywords】 ultra short boring tunnel； hydraulic punching； quick coal uncovering

【中圖分類號】TD713.3 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0181-03

1 引言

中馬村礦屬煤與瓦斯突出礦井，可采煤層為二迭系山西組二1煤，平均厚度為5.15m，煤層瓦斯含量為4.73～36.65m3/t，瓦斯壓力為0. 29～1.55MPa，相對瓦斯涌出量為33.1m3/t， 絕對瓦斯涌出量為43.7m3/min，建井以來共發生26次煤與瓦斯突出，始突標高-46m。

中馬村礦受煤層中高含量瓦斯制約，礦井生產接替困難，煤礦揭煤工作技術環節多，耗費時間長，如果能創新揭煤技術，能提高瓦斯治理效果、縮短揭煤所需時間，將對礦井采掘抽平衡起到重要意義。

2 揭煤工作面概況

中馬村礦29東工作面位于29采區東翼。北起東大巷，南至-250流水巷，西臨29東翼采空區，東接211采區邊界。

29東工作面主采二1煤層，工作面設計標高-120～-220m。該工作面地質構造較簡單，總體呈單斜構造，煤層傾角平均14°，29東工作面回風巷區域存在煤層分叉、夾矸現象，二1煤層分叉現象主要集中在工作面中、上部區域，下分層煤發育賦存穩定，揭煤處巷道下距二1煤下分層煤5m，二1煤下分層煤厚0.2m，二1煤上分層煤厚5.0m，二1煤上、下分層煤間距10m。29東工作面回風巷煤層原始瓦斯壓力0.9MPa，原始瓦斯含量為14.11m3/t，為煤與瓦斯突出危險區，該區域揭煤前必須采取有效的防治煤與瓦斯突出措施。

3 揭煤方案

3.1 揭煤巷道設計

從29東工作面回風底抽巷開口后，向上起坡做揭煤巷道，巖柱≤5m時，每班掘進前必須打探眼以便準確掌握距煤層底板的法線距離，巖柱≤3m時，更換支護方式，采用錨噴+工鋼支護，直至揭煤導硐。3m巖柱至揭煤導硐掘進期間，必須采取短掘短支，循環進尺不能超過1m，頂部（頂板以下0. 5m范圍內）炮眼不裝藥或少裝藥，放炮后采取人工裁支成形并及時支護。（圖1）

3.2 揭煤導硐設計

根據中馬村礦以往揭煤經驗，導硐長度一般在8m以上，本次揭煤試驗導硐長度為4m。

工作面距煤層法向距離2m處開始掘揭煤導硐。頂板采用錨索配合金屬網+木點柱支護。錨索布置：1500×1000mm，錨索鎖具上部褙200×200mm方木。木點柱規格：Φ180mm×（1.8-2.5m），木點柱距兩幫距離為300mm，噴厚50mm。巷道兩幫采用錨網支護，錨桿布置：800×800mm，錨桿規格：Φ20×2400mm，高強度阻尼錨桿。錨桿錨固力不低于170kN，錨桿扭矩力不低于200N.m。

4 區域綜合防突措施

4.1 區域防突措施

4.1.1 底板穿層鉆孔預抽防突措施

在29東工作面回風底抽巷設計穿層鉆孔預抽揭煤區域煤層瓦斯，鉆孔控制揭煤工作面巷道上幫30m，下幫30m。鉆孔設計16組347個，總孔深13138.8m，其中煤孔段2572.4m（上分層煤孔段2185.4m，下分層煤孔段387m），巖孔段10566.4m。

4.1.2 水力沖孔技術

水力沖孔防突措施是指在巖巷施工穿層鉆孔，在巖柱的掩護下，使用高壓水射流沖擊鉆孔周圍的煤體，沖出大量的煤體和瓦斯，形成孔洞。在地應力的作用下，孔洞周圍的煤體向鉆孔方向移動，使孔洞附近煤體卸壓，同時釋放大量瓦斯，大幅度增加孔洞周圍煤體的透氣性，另一方面濕潤了煤體，減小了煤體的脆性，增加了可塑性，降低了煤體內部的應力集中，增加了防止煤和瓦斯突出的能力，有效地提高了抽放效果，起到綜合防突的作用[1-5]

采用BRW200/31.5型乳化液泵，公稱容積：1600L；公稱壓力：31.5MPa，流量200L/min。連接管采用內徑φ25mm、耐壓32MPa高壓膠管將液壓管路與鉆桿尾端連接，連接處使用U型卡，鉆桿與鉆桿連接處填塞尼龍繩，用牙鉗上緊，以減少漏水量，鉆桿末端安裝壓力表，要求沖煤壓力不小于15MPa。按照設計位置及角度開孔，穿過煤層后，更換為沖孔鉆頭（Φ2mm），邊退邊沖，退至見煤位置，邊進邊沖，如此循環反復，主沖鉆孔沖至孔內流出清水，沖不出煤為止，主抽鉆孔沖煤時間不小于1個小時。endprint

在29東工作面回風底抽巷對應揭煤位置施工穿層鉆孔346個，穿層鉆孔共沖出煤量1413.5t，平均單孔沖出煤量約4.08t，約占鉆孔影響范圍內煤炭儲量的2.3%。

4.2 區域防突措施效果檢驗

在29回風巷揭煤區域取煤樣測定殘余瓦斯含量13個，所測含量為2.5～4.26m3/t，且在測試過程中未發現噴鉆、卡鉆、頂鉆等異常情況。

4.3 區域驗證

揭煤工作面分別在巖柱5m、巖柱1.8m揭煤導硐掘進前、揭煤導硐掘進后揭煤爆破前進行區域驗證。采用鉆屑瓦斯解吸指標法進行驗證。

5 揭煤作業

5.1 揭煤炮眼施工

炮眼采用巖孔，根據礦井其他地區揭煤經驗及該地區實際情況，共設計6列9排54個炮眼，列間距0.6-1.1m，行間距0.5m，第9排布置在距導硐端頭0.2m處，炮眼深度1.2-1.3m。采用分區爆破，Ⅰ區1-18#炮眼為掏槽眼，采用1段管起爆，Ⅱ區19-36#炮眼用2段管起爆，Ⅲ區37-54#炮眼用3段管起爆。裝藥聯線方式：采用乳膠炸藥和毫秒電雷管，裝藥方式采用正向爆破，裝藥后所余炮眼長度全部用黃土炮泥充填。爆破網絡采用每個炮眼內并聯、每2列18個炮眼內串聯，最后3組再并聯的方式。 （詳見圖3～圖4）

5.2 揭煤效果

震動爆破使用炸藥39.2kg，電雷管108發，爆破網絡總電阻21.6歐。2016年5月25日上午9：55實施震動爆破，炮后甲烷傳感器顯示最大值為0.94%。現場觀察，一次揭開煤與瓦斯突出煤層，煤層下部約垮落3m，爆破揭煤效果良好。

6 結語

①水力沖孔消突效果顯著。揭煤區域穿層鉆孔采用液壓泵進行水力沖孔，平均單孔沖出煤量約4.08t，約占鉆孔影響范圍內煤炭儲量的2.3%，大部分鉆孔初始濃度在70%以上，區域措施效果檢驗、區域驗證均無超指標現象，經抽采后煤層快速消除突出危險性，炮后瓦斯濃度僅為0.83%。

②減小工程量，安全系數高。該揭煤導硐首次采用超短導硐，較焦煤公司以往揭煤導硐短4～6m，不僅減小了巷道工程量，縮短了工期，而且降低了施工揭煤導硐存在的頂板冒落的風險。

③揭煤周期短，效率高。水力沖孔快速消突技術及超短導硐揭煤技術的應用，使施工抽采鉆孔到揭開煤層用時10個月，較原有揭煤作業周期提前4～6個月，為礦井生產接替贏得了時間。

【參考文獻】

【1】于不凡，王佑安. 煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊[M].修訂版. 北京：煤炭工業出版社，2005.

【2】林柏泉，崔恒信. 礦井瓦斯防治理論與技術[M]. 徐州：中國礦業大學出版社，1998.

【3】薛勝雄，黃汪平，陳正文，等. 高壓水射流技術與應用[M].北京： 機械工業出版社，1998.

【4】敬復興，趙新杰，原世騰.中馬村礦水力沖孔消突技術研究與應用[J].中州煤炭，2013（11）：6-7.

【5】李家彪，劉明舉，趙發軍.水力沖孔在新義礦瓦斯抽放中的應用[J].煤炭工程，2011（7）：36-38.endprint