淺析采煤工作面局部綜合防突措施方案設計

王凱強

（山西石港煤業有限責任公司，山西 左權 032600）

山西石港煤業主要開采15#煤層，煤層平均傾角為7°左右，平均厚度為7.18m，為全區穩定可采煤層。采煤工藝為普通綜采工藝，回采過程中采用分層開采方式。回采工作面均采用U型通風，即進風巷進風、回風巷回風，同時在工作面15#煤層底板上方垂高35m左右，層位不得低于8.5倍采高的位置布置走向高抽巷。高抽巷在水平方向上與回風巷的距離一般要小于工作面長度的三分之一。針對采空區的瓦斯，在煤層上方的巖層，一般為頂板巖層布置一條抽采巷來對采空區的瓦斯進行抽采。根據山西石港煤業地質探測報告，可知15#煤層瓦斯相對涌出量為77.14 m3/t，并且曾發生過煤與瓦斯突出事故，為煤與瓦斯突出礦井。為保證15#煤層采煤工作面的安全回采，針對15#煤層采煤工作面煤與瓦斯突出防治進行了防突措施方案設計，以期達到有效防范煤與瓦斯突出災害的目的。

1 工作面突出危險性預測

1.1 預測方法、指標及臨界值

根據山西石港煤業目前開采煤層測定的瓦斯基本參數和煤層賦存情況以及預測方法的熟練程度，利用鉆屑指標法[1]對山西石港煤業15#煤層采煤工作面煤與瓦斯突出進行預測。鉆屑指標法一般所采用的指標認定值為鉆屑量值，用符號S表示，還有鉆屑瓦斯解吸指標值，用符號K1表示。

為了能夠更好地對采煤工作面煤與瓦斯突出進行預測，一般根據所測的鉆屑指標法中鉆屑量S值和鉆屑瓦斯解吸指標值K1確定的安全臨界值來進行煤與瓦斯突出危險性預測，根據查閱山西石港煤業地質勘察資料，發現15#煤并沒有對應實際可靠的安全臨界值，因此通常在這種情況下為了能夠使安全臨界值擁有明確的參考值，一般需要參照相關規定[2]里給出的指標安全臨界值進行煤與瓦斯突出危險性的評估及預測，待有條件在實際工作中具體勘測到15#煤層煤與瓦斯突出指標并確定出臨界值之后再進行使用。依據規定給出的參考值如表1所示。

表1 指標安全臨界參照值

1.2 預測鉆孔布置

根據工作面實際情況進行預測孔布置，預測孔一般布置參數為：孔徑Φ42mm，孔深10m，每個預測孔之間的間距為15m。需要注意的是預測鉆孔應該盡量在軟分層之中進行布置，如果在工作面巖層一定范圍內存在地質異常或者地質構造變化帶等異常情況，應該在其附近適當增加預測鉆孔，避免發生預測結果不準確，導致之后回采工作中危險事故的發生。預測鉆孔布置的具體參數如圖1所示。

圖1 采煤工作面預測鉆孔布置示意圖

1.3 突出危險性預報

確定一個采煤工作面是否為煤與瓦斯突出的危險工作面，需要有一定的判定標準，這個標準一般為相關測試指標要小于給定的安全臨界值。但是為了進一步提高預測安全性系數，需要保證布置在采煤工作面中的任何一個鉆孔、任何一次測定結果以及任何一個指標值均小于參考的安全臨界值。如果有一個項大于或等于安全臨界值，都視為該工作面為突出危險工作面。只有當每一個項指標都小于臨界參考值時，才可以判定該工作面為無突出危險工作面。

如果有下列任何一種情況發生，都視為突出危險工作面。

（1）所采煤層賦存情況發生很大程度的變化，如煤層傾角、厚度以及走向等發生了很大變化或無規律性變化；

（2）采煤工作面進入復雜的地質條件區域，如斷層、火成巖侵入以及褶皺地帶；

（3）地應力變化異常區，如應力疊加地帶、應力松弛地帶等區域；

（4）采煤工作面出現明顯的突出預兆情況。

當預測結果表明工作面為突出危險工作面時，首先需要進行防突工作，然后再對防突措施效果進行有效檢驗。如果檢驗防突效果有效，則可以進行下一步工作；如果檢驗結果為防突措施無效，則需要對其進行補充防突措施，并再次對防突措施進行檢驗，直到檢驗效果為有效為止[3]。如果預測結果表明工作面為無突出危險工作面時，必須采取留設大于等于2m的超前距預測孔以及實施一定的安全保護工作的前提下，才可以進行工作面回采，否則不能進行回采工作。

2 工作面防突措施

在判定工作面為煤與瓦斯突出危險工作面后，要進行工作面防突工作，一般除了相關指標超標外，出現噴孔或者卡鉆等異常現象都視為危險工作面。根據15#煤層采煤工作面具體情況以及預測指標結果，15#煤層工作面可采用超前排放鉆孔[4]。

本設計將與預測指標超標鉆孔相鄰的兩個預測鉆孔之間的范圍和發生噴孔、卡鉆等突出預兆點兩側各15m范圍作為工作面防突范圍。超前排放鉆孔按照雙排三花眼布置，排距為2m，傾角為4°，每排16個超前排放鉆孔，共32個。在地質構造異常區域應該適當增加鉆孔數。采煤工作面超前排放鉆孔布置如圖2所示。

圖2 采煤工作面排放鉆孔平面布置示意圖

在煤層賦存狀況以及周圍巖層地質條件未發生太大變化時，超前排放孔應當均勻布置在可控范圍內，如果是在煤層的軟分層中，可以適當增添排放孔的數量。當煤層賦存狀況以及周圍巖層地質條件發生明顯變化時，應當根據實際情況，對超前排放孔參數進行調整。在鉆孔施工完后，對所有排放鉆孔至少進行8h以上的排放工作，之后再對其進行措施效果檢驗。如果檢驗結果為所測參數大于等于安全臨界值或者有卡鉆、噴孔等一些突出預兆情況發生時，判定防突措施無效，必須實施相應的補充防突措施，一直到所有指標均已降到安全臨界值之下且沒有其他突出預兆的情況發生為止。

3 措施效果檢驗

如圖3所示，防突措施檢驗鉆孔沿采煤工作面布置，一般其孔深要小于或等于超前排放鉆孔深度，孔徑42mm，孔間距為15m。其施工方面的其他指標按照防突預測的相關指標進行施工即可。

圖3 采煤工作面檢驗鉆孔布置示意圖

根據前文所述的判定方式，如果當檢驗結果為防突措施無效時，需要增加補防措施，直到相關指標小于安全臨界值為止。當檢驗結果措施有效后，當檢驗孔深度小于超前排放孔時，注意要保留有2m檢驗孔超前距，深度相等時沒有具體要求。但是兩種情況下都需要注意要留足防突措施超前距（正常地帶至少3m，地質構造帶至少5m）并采取安全防護措施后才可以實施回采作業[5]。

4 結論

山西石港煤業15#煤層采煤工作面存在煤與瓦斯突出問題，針對目前開采煤層測定的瓦斯基本參數和煤層賦存情況，15#煤層采煤工作面的突出預測方法采用鉆屑指標法，采用了超前排放鉆孔防突措施，并對防突措施效果進行了檢驗，為15#煤層工作面的安全回采提供了保障。