石門巖巷掘進中的防突技術

秦靖宇,趙　毅

(山西煤炭運銷集團 晉城有限公司,山西 晉城 048000)

本文主要闡述兩方面的應用:一是石門、巖巷掘進期間采用超前鉆探掌握施工層位,控制巷頂距煤層的法線距離,以提高地質預報、瓦斯預測預報的質量與準確率,防止誤揭煤層;二是采用近煤層掘進防突措施及石門揭煤防突措施,防止瓦斯事故發生。

1　控制巖巷施工層位及巷頂距煤層的法線距離

一方面由于采區大巷、底板抽放巷布置在煤層頂板或底板巖層中，其煤層賦存因地質變化原因,具有突變、驟變的偶然性,且受隱伏的斷層、陷落柱等構造影響,因此在掘進期間需利用交叉邁步式超前鉆探掩護掘進,嚴格控制巷頂距煤層的法線距離,必要時采取相應的防突措施。另一方面斜井、工作面順槽掘進時從巖巷穿層掘進至煤巷中要揭煤,需利用超前鉆探探明煤層賦存及地質構造情況,邊探邊掘,確保揭煤安全。

根據勘探鉆孔及巷道實際揭露地質資料設計鉆孔,呈扇形布置,設計長度按80 m～100 m一個循環,一組鉆孔3～5個,巖巷掘進超前鉆探設計示意圖見圖1。采用水力排粉無芯鉆進,根據反水顏色和鉆屑判斷煤層及頂底板,遇斷層、陷落柱等地質構造時,適當取芯鉆進，并進行控制。

圖1　巖巷掘進超前鉆探設計示意圖Fig.1　Advanced drilling design for rock roadway excavation

自巷道開口掘進即開始布置鉆場進行超前鉆探,鉆探按循環進行,每循環保留20 m超前距,每循環鉆探結束后,根據鉆探結果合理調整巷道施工坡度,無需揭煤時,使用超前鉆探技術交叉邁步式掩護巷道掘進,可有效控制巷頂距煤層的法線距離，使其處于安全數值,同時,加強了對隱伏的斷層、陷落柱等構造的探測與控制。需要揭煤時,則使用超前鉆探技術探明煤層賦存情況,控制地質構造參數,有計劃地安全揭煤，有效避免了誤揭煤層的事故發生。

2　防突措施

2.1　近煤層掘進防突措施

掘進工作面巷頂距煤層法線距離小于10 m時,進行近煤層掘進防突管理。結合煤礦實際情況,由施工區隊負責每掘進5 m探測1次巷頂與煤層之間的法線距離,做好記錄并及時向防突、地測部門匯報,防突、地測部門要分析查明掘進層位有無異常。當巷頂距煤層法線5 m及更小時,要執行區域綜合防突措施,采取穿層鉆孔水力沖孔區域綜合防突措施。穿層鉆孔終孔間距按8 m×8 m進行設計,鉆孔數量及參數根據施工地點實際而定,能夠確保出煤量及抽采效果達標。施工期間在管路上加裝抽放集流器,每施工1個瓦斯抽放鉆孔成孔時及時封孔聯網進行抽放,抽放時間以所有鉆孔濃度均降至10%以下為準。

當區域防突措施均按規定施工達到設計要求時,要進行區域防突措施的效果檢驗,采用測定瓦斯含量的方法進行,若檢驗指標低于臨界值,可在采取安全防護措施的情況下,邊探邊掘,反之,則要執行補充防突措施,直到措施有效為止。采取以上防突措施,可在巷道近煤層掘進期間有效進行消突卸壓,避免瓦斯事故的發生。

2.2　石門揭煤防突措施

石門揭露突出煤層前,根據超前鉆探成果,充分掌握煤層賦存情況及地質條件,分析確定揭煤點位置,進行揭煤防突管理。首先測定揭煤區域煤層瓦斯含量,確保獨立通風系統、風電閉鎖裝置可靠。其次采用鉆屑瓦斯解吸指標法對工作面進行區域驗證,預測鉆孔數根據晉城礦區平均煤厚一般取4個,其中揭煤巷道中間1個,其余3個孔位于揭煤巷道上部和兩側,終孔位于巷道四周輪廓線外5 m范圍,區域驗證鉆孔設計示意圖見圖2。當鉆進煤層后必須采用風力排粉,每鉆進1 m采集1次孔口排出的煤鉆屑,測定其鉆屑瓦斯解吸指標,當測定指標均小于臨界值且無異常情況時,巷道可繼續掘進,掘進過程中連續性進行區域驗證,如出現測定指標大于等于臨界值時,則需執行局部防突措施進行瓦斯抽采。

圖2　區域驗證鉆孔設計示意圖Fig.2　Design diagram of borehole regional verification

局部防突措施采用直徑≥94 mm的措施孔,孔深為穿過煤層進入巖層0.5 m為止,終孔間距按照3 m進行布孔,能夠控制巷道兩側12 m范圍的煤體。施工時先施工中間孔,再逐漸向兩側施工,技術人員根據鉆進情況及時修改鉆孔參數,使鉆孔充分發揮作用。每完成1列鉆孔后要及時封孔并聯網進行抽放,局部防突措施的效果檢驗依然采用鉆屑瓦斯解吸指標法進行,在采取安全防護措施、進行連續效果檢驗且指標不超的情況下,掘至巷頂距煤層法線1.5 m處,可以開展揭煤前的準備工作,采用導硐式遠距離爆破揭開煤層。

3　結束語

隱伏的斷層、陷落柱嚴重影響著煤礦安全與生產,大型構造所派生的小構造更加多種多樣,對煤厚變化起著顯而易見的控制作用。利用超前鉆探探清煤厚、斷層產狀、褶曲產狀、陷落柱等地質參數,為防突工作提供了基礎資料。巖巷近煤層掘進、揭煤期間,采用區域防突措施與局部防突措施進行消突,可實現抽采達標,在煤礦中有著廣泛應用。