以壓出為主的突出煤層防突措施探索與應(yīng)用
關(guān)鍵詞 突出煤層 防治突出 超前排放鉆孔 采煤工作面瓦斯抽放
隨著礦井深度的增加，煤與瓦斯突出問題也越來越嚴(yán)重，防突方法也多種多樣，但是這 些方法都是在不同的條件下總結(jié)出來的。如何找到一種適合自身煤層條件的防突措施，是擺 在煤礦安全生產(chǎn)中的重要課題。平煤集團(tuán)公司四礦通過對(duì)本礦煤層防治突出措施的研究，找 到了一種可行方法，并有所創(chuàng)新，為保障煤礦安全生產(chǎn)發(fā)揮了重要作用。
1 礦井基本概況與突出工作面情況
平煤集團(tuán)公司四礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力180萬t，主采3組5層煤，即丁56、戊8、戊9·10、己15、 己16·17煤層，煤層傾角在7～15°之間，開采順序現(xiàn)均為下行開采，走向長壁式綜合機(jī) 械化采煤 ，全部陷落法管理頂板。礦井為煤與瓦斯突出礦井，丁56、己16·17煤層為突出煤層，其中 在己組煤層中己15煤層位于己16·17煤層之上，間距8～15m，作為己16·17煤層的保護(hù)層先 行開 采，有效地防止了己16·17煤層突出；丁56煤層作為單一可采煤層，沒有保護(hù)層，現(xiàn)主要通 過預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施，但該煤層透氣性低，抽放率僅為10%左右，不能完全 消滅突出危險(xiǎn)，在高地應(yīng)力（埋深800m以上）和瓦斯作用下曾多次發(fā)生煤與瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象。
突出采面丁56-19130采面位于丁九采區(qū)東翼中下部，上、下相鄰工作面均未開采，采面 走向長502m，傾向長171m，回采垂深760～835m，綜合機(jī)械化采煤，U型通風(fēng)，配風(fēng)受水平通 風(fēng)困難時(shí)期所限，盡最大努力，僅為21m3/s，存在以風(fēng)定產(chǎn)問題。煤層為丁5和丁6合層煤 ， 平均厚3.4m，煤層間夾矸0.1～0.7m，上為丁5煤層，厚1.0～1.3m，為碎塊狀、粉末狀，亮 煤 ，煤質(zhì)較硬，為I、II級(jí)構(gòu)造煤；夾矸以下丁6煤層厚1.65～2.8m，為粉末狀、鱗片狀， 煤質(zhì)較軟，為IV、V級(jí)構(gòu)造煤。此分層透氣性較差，為主要突出煤層。該采面在機(jī) 巷、風(fēng)巷掘進(jìn)時(shí)曾分別發(fā)生煤與瓦斯壓出（以下簡稱壓出）。該面2002年元月15日投產(chǎn)，雖 然采取了一定的防突措施，但到元月29日就發(fā)生了采面壓出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從初采到4月27日共 發(fā)生壓出及動(dòng)力現(xiàn)象6次，平均壓出煤量25t/次，瓦斯量700m３/次。最大壓出強(qiáng)度45t， 瓦斯量1540m３，嚴(yán)重影響著礦井安全生產(chǎn)。
2 先期采用防突措施及效果
2.1 超前排放鉆孔
根據(jù)排放鉆孔有效排放半徑和煤層厚度，超前排放鉆孔呈兩排布置，孔距1.5m，孔徑75m m，孔深6m，措施孔超前距3m。利用超前排放鉆孔釋放工作面前方地應(yīng)力和瓦斯應(yīng)力，從而 消除采面壓出危險(xiǎn)性。該種防突措施是根據(jù)《安全規(guī)程》和《防突細(xì)則》有關(guān)規(guī)定制訂的， 執(zhí)行該措施后到元月29日就發(fā)生了壓出，表現(xiàn)為煤體整體向外位移。由此，我們認(rèn)為工作面 前方應(yīng)力沒有很好釋放，效果不好。
2.2 超前排放鉆孔加煤體注水
利用超前排放鉆孔進(jìn)行煤體注水軟化，使工作面應(yīng)力前移，從而防止煤與瓦斯壓出 現(xiàn)象，同時(shí)水分進(jìn)入煤體，擠占煤體空隙，釋放部分瓦斯。執(zhí)行該措施后，采煤機(jī)割煤時(shí) 瓦斯較原來小，產(chǎn)塵量大大降低，但推進(jìn)40m后仍然造成了壓出。經(jīng)分析，可能是注水壓 力僅為礦井靜壓，壓力偏小，煤體軟化不好，應(yīng)力還是沒有很好釋放所致。
2.3 超前排放鉆孔加淺孔松動(dòng)爆破
在超前排放鉆孔防突的基礎(chǔ)上，改用松動(dòng)爆破使工作面前方煤體產(chǎn)生破碎，釋放工作面 地應(yīng)力和部分瓦斯，并使前方應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移，從而防止突出。超前排放鉆孔孔距4.5m，孔 徑75mm，孔深6m，措施孔超前距3m，并注水；松動(dòng)爆破孔間隔其中，孔距1.5m，孔徑42mm， 孔深3m，每孔裝藥6～9卷，外口填滿炮泥。該措施在防突工作面回采時(shí)起了一定作用，遏制 住了采面突出頻繁的現(xiàn)象，但是經(jīng)過一段時(shí)間的觀察發(fā)現(xiàn)，此種方法并不能完全杜絕突出， 且采面執(zhí)行措施程序復(fù)雜，松動(dòng)爆破留下如瞎炮等新的安全隱患，對(duì)生產(chǎn)不利?；诖?，我 們決定對(duì)以前所做工作進(jìn)行總結(jié)，并著手做了一些考察實(shí)驗(yàn)。
3.1 突出的一般規(guī)律
通過對(duì)前幾次突出進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)壓出特征呈現(xiàn)規(guī)律性，一般為軟煤整體外移，軟 煤與硬煤之間形成裂縫，向外噴瓦斯。其原因?yàn)檐浢憾?煤層強(qiáng)度低，在地應(yīng)力作用下首先 產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)變形量超過極限時(shí)，造成軟煤突然跨塌，煤體中的瓦斯在極短時(shí)間內(nèi)解吸 ，形成高壓瓦斯，推動(dòng)煤體外移，并從裂縫中噴出。不論何種防治突出方法，必須首先釋放 采面煤壁近距離內(nèi)的地應(yīng)力和軟煤中的瓦斯。
3.2 利用突出敏感指標(biāo)分析集中應(yīng)力帶范圍
測(cè)試使用鉆孔瓦斯涌出初速度作為指標(biāo)，測(cè)試深度分別為2～11m，每米測(cè)定一次q值。 測(cè)試結(jié)果如表1（表1中所列出的數(shù)值為某一工作面突出前、后的瓦斯涌出初速度）。
表1 某工作面突出前、后瓦斯涌出初速度（略）
從表1中可以看出，突出前鉆孔瓦斯涌出初速度在7m時(shí)突然增大，說明瓦 斯壓力在7m時(shí)較大，為應(yīng)力集中區(qū)的最外端，9m時(shí)最大，向后逐步變小。由此判定應(yīng)力集中 帶范圍為7～11m。突出后突出敏感指標(biāo)為采面突出后測(cè)定突出地點(diǎn)鉆孔瓦斯涌出初速度。從 表1中可以看出，在孔深10m以外的地方，瓦斯涌出初速度明顯減少，為突出策源地在應(yīng)力集 中帶7～11m提供了證據(jù)。
3.3 利用鉆屑量判定應(yīng)力集中帶范圍
利用工作面打深孔測(cè)定鉆孔每米鉆屑量的大小，可以判斷應(yīng)力集中帶范圍。由表2可以 看出，鉆孔5～8m鉆屑量較大，可判定應(yīng)力集中帶范圍為8～10m。
表2 鉆屑量與測(cè)空深度關(guān)系（略）
4 改進(jìn)后防突措施及使用情況
4.1 超前排放鉆孔加工作面抽放
依據(jù)以上實(shí)驗(yàn)和分析，我們認(rèn)為只有加深排放鉆孔孔深，以釋放地應(yīng)力和瓦斯壓力，才 能解決突出問題。為此，在工作面每間隔1.5m布置超前排放鉆孔，孔徑89mm，孔深10m， 措 施孔超前距5m。同時(shí)在工作面敷設(shè)一趟瓦斯抽放系統(tǒng)，即在工作面綜采支架下敷設(shè)一趟100m m抽放管(見圖1)。
圖1 采面抽放系統(tǒng)布置圖（略）
在打孔班，關(guān)閉機(jī)巷本煤層抽放系統(tǒng)，以提高抽放負(fù)壓對(duì)采面抽放。當(dāng)采面每打完一個(gè)措 施孔后采用專門研制生產(chǎn)的封孔器進(jìn)行封孔，立即連孔抽放，打成一個(gè)連一個(gè)抽一個(gè)。通過 抽放泵抽放，有效地提高了采面抽放率，由以前的10%提高到25%以上。在生產(chǎn)班，關(guān)閉工作 面抽放系統(tǒng)，打開機(jī)巷順層抽放系統(tǒng)抽放瓦斯。
執(zhí)行采用10m深超前排放鉆孔加工作面抽放系統(tǒng)后，排放鉆孔瓦斯涌出量和鉆屑量比以往明 顯增大，噴孔嚴(yán)重，說明起到較好防突效果，有效地釋放了地應(yīng)力、瓦斯壓力，杜絕了割煤 時(shí)壓出事故的發(fā)生，本采面到結(jié)束一直沒有發(fā)生突出事故，很好地解決了突出問題，同時(shí)也 解決了割煤和防突打鉆時(shí)瓦斯超限問題，使采面日產(chǎn)穩(wěn)定在2000t左右，平均比采用此方法 前每日多出煤500t左右，安全和效益都得到了保障。
4.2 打鉆中應(yīng)注意的問題
(1) 打鉆時(shí)要打在丁6軟煤里面，此層煤強(qiáng)度低，瓦斯大。
(2) 打鉆時(shí)鉆孔內(nèi)煤粉要排凈，以便抽放瓦斯。
(3) 打完鉆孔后一定要進(jìn)行驗(yàn)孔，保證孔深。由于多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施工，監(jiān)鉆人員少，不 能每孔監(jiān)督，可采用驗(yàn)孔工具驗(yàn)收。
(4) 打鉆地點(diǎn)要放置黃泥和滅火器，以防高濃度瓦斯噴出發(fā)生意外。
(5) 應(yīng)先封孔再連孔抽放，以防帶壓封孔造成堵孔。同時(shí)采面抽放過程中要及時(shí)排除管路中 的煤粉，以免堵塞。
5 結(jié)論
?。?） 地應(yīng)力為主的突出煤層采用預(yù)留5m超前排放鉆孔是必須的，保證工作面不進(jìn)入應(yīng)力 集中區(qū)，而不應(yīng)僅考慮打鉆因素，只滿足《煤礦安全規(guī)程》中的3m超前距。
（2） 用采煤工作面瓦斯抽放這一新方法，雖然抽放時(shí)間短，最長為打鉆時(shí)間，但由于 在工作面前方受集中應(yīng)力和深超前排放鉆孔卸壓的雙重影響，增大了煤層的透氣性，顯著提 高了抽放效果。采用這一新方法，不僅徹底解決了突出問題，同時(shí)也解決了打鉆和生產(chǎn)時(shí)回 風(fēng)流中瓦斯超限的問題。
（3） 用超前排放鉆孔加采煤工作面抽放是一種效果明顯的防突措施，具有很好的推廣 使用價(jià)值。
