煤與瓦斯突出底抽巷揭煤安全技術措施研究

劉連超

(山西潞安環保能源開發股份有限公司 五陽煤礦，山西 長治市 046205)

0 引言

目前在我國能源消費中，煤炭資源具有不可替代的重要地位。隨著礦井開采深度的持續增加，煤礦開采條件愈加復雜，礦井安全生產問題突出，如頂板災害、瓦斯、粉塵等[1-4]，尤其是瓦斯礦井帶來的煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故，成為影響煤礦安全高效生產的重大威脅[5-7]。因此，亟需開展瓦斯的治理研究工作。

在煤礦井下進行石門揭煤，可能誘發煤與瓦斯突出事故，這是由瓦斯壓力、地應力和煤巖體力學性質等綜合作用的結果[8-9]。而各類煤與瓦斯突出事故中，在石門揭煤過程中誘發突出的平均強度最大[10-11]。學者們為此開展了大量研究，目前主要的防突方法有松動爆破、穿層預抽鉆孔、水力沖孔卸壓等[12-13]。但是，單一的揭煤技術設計難以提供充分的安全保障，需要由技術方案、人員管理和環境設施建設等多方因素協同作用，以達到防治煤與瓦斯突出的目的。本文以某礦80-0305底抽巷揭煤為工程背景，結合工程特點，提出了全方位的揭煤防突方案?，F場工程實踐表明，該方案保證了80-0305底抽巷揭煤的安全、高效開展，并為后續相關生產建設活動提供堅實保障。

1 工程概況

1.1 巷道概況

80-0305 底抽巷位于80采區，巷道全長1795 m，工作面標高為265～408 m。80-0305底抽巷從8005回風巷通道開口，與其成70°夾角，開口以后以8°腰線下坡掘進至巷道頂板，距離煤層底板11 m后以 2.5°腰線掘進至設計位置。80-0305底抽巷及其附屬巷道掘進對象為山西組中下部的3#煤層，3#煤層頂底板綜合柱狀圖如圖1所示。80-0305底抽巷為矩形斷面，寬4.5 m，高3.2 m。該底抽巷掘進至1680 m時走10°腰線繼續向前掘進，現停止掘進，停掘位置距煤層法距為7 m，3#煤層與底抽巷相對位置如圖2所示。

圖1 3#煤層頂底板綜合柱狀圖

圖2 80-0305底抽巷與3#煤層相對位置

1.2 水文地質概況

80-0305 底抽巷施工時，需揭穿 3#煤層，3#煤層厚度約為5.13 m，巷道掘進中將依次穿過細粒砂巖、泥巖、3#煤。

巷道掘進區域存在頂板 K8、K10砂巖含水層局部富水異常區，對巷道掘進影響較小。預計巷道掘進期間，正常涌水量為1.0 m3/h，最大涌水量為3.0 m3/h。巷道掘進區域承受奧灰水最大水壓為3.70 MPa，奧灰水突出的可能性不大。巷道掘進區域無采空區，掘進中不受老窿水威脅。

1.3 瓦斯概況

經現場檢測，在距離煤層法線大于10 m時，瓦斯涌出量為 1.13 m3/min。綜合煤層地質信息分析，預計在距煤層法線大于等于2 m前，最大瓦斯涌出量為1.5 m3/min，進入法線距離小于2 m至揭穿煤層期間，根據瓦斯地質圖和實際測定數據，80-0305底抽巷掘進工作面煤層原始瓦斯含量 19 m3/t，殘存瓦斯含量為2.39 m3/t，可解吸瓦斯含量為16.61 m3/t。3#煤層甲烷含量、瓦斯成分鑒定結果見表1。

表1 3#煤層甲烷含量、瓦斯成分測定結果

2 防突技術方案

2.1 “四位一體”綜合防突措施

本次揭煤采取“區域預抽+水力造穴+煤段下篩管+截流抽采” 區域綜合防突措施，揭煤施工步驟如下：

（1） 在80-0305底抽巷與3#煤層法線距離7 m處，開展區域綜合防突措施；

（2）80-0305底抽巷預抽達標并檢驗、驗證合格后，80-0305底抽巷開始邊探邊掘邊驗證，直至掘進至距煤層5 m處；

（3）在距煤層5 m位置處進行區域驗證，如達標可邊探邊掘直至達到距煤層2 m處；如區域驗證不達標，采取局部防突措施，待達標后邊探邊掘直至距煤層2 m處；

（4）在距煤層2 m位置處進行最后驗證，如達標，采用短進尺、遠距離爆破的方法逐步揭開3#煤層；

（5）揭開煤層后，嚴格執行“測10掘8”直至掘進至全煤斷面；

（6）在全煤斷面采取第二輪區域預抽措施，達標后，嚴格執行“測10掘8”直至設計位置停掘。

2.1.1 7m處綜合區域防突措施

（1）區域突出危險性預測。采用煤層瓦斯壓力P和瓦斯含量W對井巷揭煤區域突出危險性進行預測：當瓦斯壓力P≥0.7 MPa或瓦斯含量W≥8 m3/t，判定有突出危險性；二是瓦斯壓力P＜0.7 MPa且W＜8 m3/t，判定為無突出危險性。80-0305底抽巷掘進至1680 m時走10°腰線繼續向前掘進，現已停止掘進。停掘位置距煤層法距為7 m，此處共布置測壓鉆孔3個（左1#鉆場、迎頭、右1#鉆場各布置1個），以此來預測煤層是否有突出危險性。

（2）區域防突措施。若揭煤區域有突出危險性，則需采取區域防突措施。本次巷道揭煤在巷道掘進至距煤層法距7 m時，采取“區域預抽+水力造穴+煤段下篩管+截流抽采” 區域綜合防突措施。本次共布置區域預抽鉆孔84個（左1#鉆場、迎頭、右1#鉆場各布置28個），控制巷道兩側各15 m，控制巷道前方117 m；其中左1#鉆場和右1#鉆場的56個鉆孔全部為造穴鉆孔，鉆孔從進入煤層1 m后開始造穴，造穴段長度為1 m，每間隔10 m造穴1個。

（3）區域措施效果檢驗。本次巷道揭煤區域措施效果檢驗采用綜合效果檢驗法，檢驗孔須確保無噴孔、頂鉆、夾鉆等動力現象。

（4）區域驗證。經檢驗確認區域措施效果有效后，在巷道掘進至距3#煤層法距5 m時，采用“鉆屑瓦斯解吸指標法”，對揭煤區域進行一次區域驗證。

2.1.2 5m處局部綜合防突措施

（1）突出危險性預測。距3#煤層法距5 m時的區域驗證結果可用作工作面突出危險性預測。

（2）防突措施。采用“鉆屑瓦斯解吸指標法”進行預測，根據測定結果，判斷是否需要制定專項防突措施并實施。

（3）防突措施效果檢驗。采用“鉆屑瓦斯解吸指標法”對工作面措施進行效果檢驗。若檢驗不合格，則在距3#煤層法距5 m處繼續實施工作面防突措施，直至效果檢驗合格。

（4）安全防護措施：根據工作面作業時當班人數5～8人，在距工作面掌子頭25～40 m巷道內布置2組壓風供水自救裝置，在工作面向外500 m的避難硐室內布置2組壓風供水自救裝置。

2.1.3 2m處驗證

當巷道掘進至與煤層法向距離2 m時，進行最后驗證，若有突出危險性，需補充防突措施。

由于3#煤層屬于緩傾斜煤層，煤層傾角為-3°～-7°，揭煤巷道掘進至與煤層法相距離2 m位置，與揭煤水平距離為10.9 m，預計14個循環后（0.8 m排距），通過遠距離爆破逐步揭開3#煤層。

2.2 支護設計

80-0305 底抽巷全巖段采用3根玻璃單體液壓支柱進行臨時支護，如圖3所示。半煤巖、全煤段的臨時支護采用前探梁和小梁共同進行臨時支護，金屬前探梁采用2根長度不小于3.5 m，直徑為0.1 m的空心鋼管，每根空心鋼管用不少于2副前探梁固定在錨桿或工字鋼棚梁上。

圖3 巷道臨時支護（單位：mm）

巷道永久支護采用樹脂加長錨固強力錨桿錨索組合支護系統，巷道永久支護如圖4所示，支護參數如下：

圖4 巷道永久支護（單位：mm）

（1）采用 Φ30 mm×1208 mm 樹脂加長錨桿，錨固力為200 kN，全巖段與煤層底板設置為每排3根錨桿，間距為 1.3 m；半煤巖、煤巷段設置為每排4根錨桿，間距為0.9 m。

（2）采用菱形金屬網護頂，網孔規格為 50 mm×50 mm，規格為 2.9 m×1.0 m，由 16#鉛絲聯接。

（3）

全巖段巷道采用Φ16 mm的單鋼筋焊接而成，規格為4100 mm×80 mm，半煤巖、煤巷段采用Φ16 mm的雙鋼筋焊接而成，規格為4100 mm×100 mm。

80-0305 底抽巷全巖段與煤層底板法線距離小于2 m的巷道，如出現頂板破碎等情況，采用“錨網+工鋼棚”聯合支護方式。工鋼棚規格為梁長3.4 m，腿長3.3 m，棚距800 mm，所有工鋼棚均上4道串梁、拉桿。

2.3 爆破管理

此次爆破采用礦用三級乳化炸藥，正向裝藥結構，由專用起爆器遠距離起爆。雷管和火藥的領取、運送、加工、使用、退庫嚴格按規定執行。

爆破人員由專職爆破工擔任，認真執行“一炮三檢”和“三人連鎖”爆破制度。各爆破位點具體爆破方案見表2。

表2 各位點爆破方案

2.4 防止瓦斯超限管理

2.4.1 通風管理

現場瓦斯測試期間，該區域瓦斯涌出量為1.113 m3/min，預計揭煤過程中，最大瓦斯涌出量為 1.5 m3/min。工作面揭煤期間，4臺FBD-No7.1/2×45kW型風機對旋壓入式風機（2臺運轉，2臺備用），配套直徑1000 mm膠質阻燃風筒向巷道內通風。為保證通風系統正常，防止瓦斯事故擴大，對通風系統設施制定合理的管理措施并嚴格落實。

2.4.2 瓦斯管理

采用自動監測和人工檢測相結合的方式，建立瓦斯監測系統。人工檢測配置專門瓦斯檢查人員，對揭煤工作面附近設備分別進行4次以上檢查；自動監測施工期間設置監測監控系統，按規定設置傳感器報警點、斷電點和復電點。

3 結論

根據現場底抽巷揭煤實際施工情況，在某礦80-0305底抽巷成功應用全方位防突揭煤方案后，有效避免了煤與瓦斯突出事故的發生，安全、高效地揭穿了3#煤層，達到了預期目標。實踐證明，方案采取的施工工藝和技術管理措施，符合工程實際需要，方案設計理念具有極高的工程適應性，有較強的推廣價值，可為類似工程背景下的揭煤方案設計提供參考。