掘進工作面過斷層防突管理的研究

王翔龍

（山西汾西礦業(集團)有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300 ）

雙柳煤礦位于山西省柳林縣西北部，距縣城17km。礦井原設計生產能力1.50Mt/a，從2001年6月29日開始投產，經多次技改擴建現具有3.00Mt/a生產能力。2016年，礦井相對瓦斯涌出量為15.19m3/t，絕對瓦斯涌出量為82.01m3/min。雙柳煤礦近年來瓦斯等級鑒定結果屬于高瓦斯礦井，根據集團規定要求，按突出礦井管理。33（4）10工作面位于郭家山以北，地表標高702～900m。工作面煤層為太原組灰巖含水層的水位標高為+508 m左右，其主要為L1～L5薄層灰巖，單層厚度2.50～12.75m，含石灰巖層的厚度（L1～L5之間厚度）39.50～47.71m，富水性較弱，根據以往勘探資料可知，下部的L1灰巖為該含水層的主要富水層，L(5+4)薄層灰巖上距該煤層煤底的隔水層厚度為25～30m，巖性主要為泥巖、砂巖互層。F12- 8斷層構造影響帶從該工作面東北部穿過，該斷層落差大于33（4）10工作面開采的煤層厚度及掘進巷道高度，影響其正常掘進，因此必須做好掘進巷道過F12- 8斷層的防突管理工作。

1 探清斷層帶及煤層層位

根據地測科提供的地質剖面圖分析，確定F12-8斷層帶位置，由于地質資料存在一定的誤差，因此應在距資料顯示的位置法距20 m處提前連續施工探煤鉆孔，避免誤揭斷層帶或煤層造成瓦斯事故。

1.1 施工探煤鉆孔

（1）使用鉆機施工長鉆孔，每個循環施工5個鉆孔。留10 m的鉆孔超前距，同時確保巷道距斷層帶法距不小于20 m，分別探清巷道上部和下部煤層層位和斷層帶的性質及影響范圍。

（2）掘進工區每掘進8 m，利用錨桿鉆機在巷道迎頭前方上、下施工2個10 m的短鉆孔，確保巷道法距煤層或構造煤在7 m以上。

（3）鉆孔施工結束后繪制鉆孔竣工圖進行分析，確定煤層層位和斷層帶的具體位置及影響范圍，對鉆孔過程中的異常情況進行分析，為防治煤與瓦斯突出提供可靠的參考數據。

1.2 施工前探鉆孔

當巷道施工與斷層帶法向距離20 m時，停止掘進退后2 m，在右幫施工1個躲避硐室或在巷道迎頭施工5個前探取芯鉆孔，前探取芯鉆孔布置示意圖如圖1所示。

圖1 前探取芯鉆孔布置示意圖

2 斷層帶突出危險性預測預報

2.1 鉆屑瓦斯解吸指標法進行突出危險性預測

當巷道施工與斷層帶法向距離20m時，開始取芯，采用鉆屑瓦斯解吸指標法進行突出危險性預測。期間如遇到煤層或構造煤時，測定△h2值或K1值并進行突出危險性預測。鉆孔見煤或構造煤時，每鉆進1m采集一次1～3mm粒徑的煤鉆屑，測定其瓦斯解吸指標K1或△h2值，取最大值為預測預報突出危險性指標。當△h2＜200Pa或K1＜0.5為無突出危險工作面，反之為突出危險工作面。

2.2 測定斷層帶瓦斯壓力P進行突出危險性預測

（1）前探鉆孔施工結束后，利用4分鍍鋅管進行注漿封孔，鍍鋅管長度要穿過構造煤或斷層帶，穿過構造煤或斷層帶的部分要在鍍鋅管四周均勻打小鉆孔，并用紗窗包裹好以便于測定煤層瓦斯壓力，然后采用注漿泵進行注漿封孔，注漿封孔長度為10 m。

（2）確保封孔嚴密不漏氣，注漿封孔后鍍鋅管要伸出鉆孔外20 cm，安裝瓦斯壓力表。通風區每天要派專人觀察壓力表變化情況，并及時匯報調度室及總工。

（3）不允許任何人人為松動或拆除壓力表，以確保測定瓦斯壓力的可靠性；當采取防突措施時應每天觀察壓力表的變化，作為防突措施效果檢驗的一個指標。只有當巷道穿過斷層帶之后方可拆除測壓表。

2.3 斷層突出危險性確定

（1）若在過斷層帶期間任何一次鉆孔發現有噴孔或其他瓦斯動力現象時，則判定斷層帶為突出危險區域，應采取區域防突措施。

（2）當掘進工作面瓦斯涌出量變化較大或瓦斯涌出量較高時，應采取區域防突措施。

（3）當上述△h2或K1、P兩個指標只要有任何一個指標達到或超過臨界值時，說明該區域具有突出危險性。巷道掘進至斷層帶法向距離7 m時停止掘進，采取穿層鉆孔預抽瓦斯防突措施。

3 F12-8過斷層防突措施

要根據斷層小于煤層厚度或是斷層大于煤層厚度來采取具體的防突方案。對于33（4）10掘進工作面來講，F12-8斷層小于33（4）10掘進工作面煤層厚度，需要視現場情況斷層大小采用直徑為42～75 mm的鉆孔排放瓦斯。若斷層落差大于1/2煤厚度且小于1倍煤厚度，則先在本盤煤層頂板0.5 m左右處向另一盤煤層施工排放鉆孔，然后，再根據斷層煤厚情況，施工一組排放鉆孔，鉆孔控制到斷層面后5～10 m位置，鉆孔間距按1.5～2 m設計，每排3～4個孔。若斷層落差小于1/2煤厚度，則直接施工16個20 m深的鉆孔，并進行連續預測，若預測超標，繼續施工16個20 m深的排放鉆孔。在施工卸壓鉆孔時還需要探測斷層附近的煤厚，對于厚煤層則視情況增加一排卸壓鉆孔。

4 防突措施效果檢驗

對于防突措施效果檢驗的前提條件為，對預抽煤層瓦斯防突措施進行檢驗時，應當首先分析、檢查預抽區域內鉆孔均勻程度、封孔效果、抽放負壓情況，看是否符合相應的設計要求，才決定是否進行防突措施效果的檢驗等。

（1）若斷層帶有構造煤時，采用鉆屑瓦斯解吸指標法進行措施效果檢驗。效果檢驗時至少布置4個檢驗鉆孔，檢驗鉆孔布置在抽放鉆孔的區域內，分別位于巷道的上部、中部和兩側，鉆孔控制巷道輪廓線外12 m范圍內，并且有1個檢驗鉆孔終孔點，位于預抽區域內距邊緣不大于2 m的范圍。如果檢驗指標在臨界值以下，且施工鉆孔時未發現夾鉆、頂鉆、噴孔等異常情況，則措施有效；反之，則措施無效，繼續進行瓦斯抽放或補充施工抽放鉆孔直至效果檢驗有效為止。

（2）若無法采取鉆屑瓦斯解吸指標進行效果檢驗時，則根據前探測壓鉆孔的壓力P值及抽放單孔濃度進行分析，對抽采區域進行抽放效果評價。若抽放效果達標則判定為無突出危險區；否則，措施無效，繼續進行瓦斯抽放補充施工抽放鉆孔直至抽放效果達標為止。

（3）當上述檢驗指標均不超標，說明措施有效，巷道可以向前掘進至斷層帶法距5 m的位置。

5 補充防突措施

若經驗證預抽瓦斯措施無效時，在巷道迎頭施工瓦斯釋放鉆孔做為補充防突措施直至措施有效為止。鉆孔分上、中、下三排布置，每排布置9個鉆孔，鉆孔排距1m，每排鉆孔終孔間距2m，孔深10m左右。施工瓦斯排放鉆孔防突措施后，經過釋放一定時間方可允許防突措施效果檢驗。補充措施鉆孔施工示意圖如圖2所示。

圖2 鉆孔施工示意圖

排放鉆孔效果檢驗方法采用鉆屑指標法（如圖3所示），使用WTC測定煤層的K1值和煤鉆屑S值作為檢驗指標。在巷道迎頭布置三個預測預報鉆孔，中間鉆孔深度為9m，兩幫鉆孔深度為10m，掘進進尺要始終保留最小預測超前距為2m的安全距離。一個鉆孔位于掘進巷道斷面中部，并平行于掘進方向，其他鉆孔的終孔點位于巷道斷面兩側輪廓線外3m處，鉆孔每鉆進1m測定該1m段的全部鉆屑量S，每鉆進2m測定一次鉆屑瓦斯解吸指標K1。如果效果檢驗測定K1＜0.5和S＜6kg，且在打鉆過程中未發現其他異常情況時說明防突措施有效；否則，措施無效，繼續采取防突補充措施并進行效果檢驗，直至措施有效為止。

圖3 掘進工作面鉆屑指標法預測鉆孔布置示意圖

最后測得最大的鉆屑量Smax為3.0kg/m，鉆屑解析指標k1最大值為0.16mL/g?min1/2，未超過突出臨界值。在切眼施工未發生動力現象和瓦斯超限事故，保證了掘進33（4）10工作面的順利進行。

6 結語

對于掘進工作面過斷層的防突工作，必須高度重視，構建起突出危險性預測、突出防治措施、防突措施效果檢驗和安全防護措施“四位一體”的綜合措施體系，并在工作中認真組織實施。本文以山西汾西礦業雙柳煤礦為研究對象，對F12-8斷層帶附近煤與瓦斯突出特征進行了研究，提出了工作面切眼施工過斷層的防突技術及管理方案，保障了雙柳煤礦33（4）10工作面切眼施工過斷層期間的安全生產。