煤層巷道掘進防突技術分析

　　探索適應嚴重突出煤層條件的綜合防突技術，在保證安全的前提下大幅度提高掘進速度，已成為緩解采掘緊張局面、改變礦井經濟與安全面貌的當務之急。
　　
　　一、水力掏槽防突機理研究
　　
　　水力掏槽措施實質就是外力在較短時間內破壞煤體的原有平衡穩定狀態，部分煤體破碎被沖出，槽洞周邊煤體向外發生位移，促使所受應力狀態發生變化，有效應力降低，并釋放大量瓦斯的過程。煤體在掏槽期間是漸進的被破碎，煤體的應力和瓦斯潛能也是漸進的釋放，掏槽過程中排出了大量瓦斯和一定數量的煤炭，因此在煤體中形成一定的卸壓、排放瓦斯區域，在這個區域內，破壞了突出發生的基本條件，起到有效防治或抑制突出的效果。通過ANSYS數值模擬，槽孔底部的煤體和頂板發生了位移，位移模式分別為底部煤體鼓起和頂板下沉。在地應力作用下，煤層具有塑性變形位移流動的特征，即流變性能。掏槽期間，掏出了很大的孔洞，在經過一段時間后發現孔洞的體積明顯減小，甚至被周圍煤體的位移所充填。煤體位移的作用緩慢地由孔洞壁向周圍煤體傳播，也就不斷地擴大了掏槽的卸壓排瓦斯范圍，掏槽時和掏槽后的瓦斯排放量可達掏槽有效影響區域內瓦斯總量50％左右。預防突出效果顯著。理論研究與分析表明：水力掏槽措施在提高煤體透氣性、改善煤層應力狀態以及措施后煤體物理性質變化都具有非常積極的影響，對突出的防治具有針對性和可行性。
　　
　　二、水力掏槽防突措施實驗
　　
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　　水力掏槽防突措施采用預測、防突措施、措施效果檢驗和安全防護措施“四位一體”綜合防突技術思路，即首先進行突出危險性預測，突出危險性預測及效檢指標均采用R值指標法，其zNc6K6OLx0u88bvj2c6HbQ==臨界值RM為6。當預測無突出危險時，留出預測超前距，直接采用遠距離放炮安全防護措施進行掘進作業；預測有突出危險時采取水力掏槽綜合防突措施，然后進行效果檢驗，措施效果檢驗有效后，留出效檢超前距采用遠距離放炮安全防護措施進行掘進作業。
　?。ǘ┧μ筒鄞胧┘夹g參數
　　1、措施超前距。在礦區煤層條件下，當正前水力掏槽斷面積小于1.0m2時，措施超前距保留5.0m；考慮到頂板支護因素，當正前水力掏槽斷面積大于1.0m2時而又小于2.0m2時，措施超前距保留3.0m；當正前水力掏槽斷面積大于2m2時，措施超前距保留1.0m。
　　2、泵壓、流量。通過理論計算和實際掏槽效果，水力掏槽泵壓確定為16～20MPa，流量150m3／h。
　　3、水力掏槽尺寸。水力掏槽13～20min后，形成一道寬800～1200mm，高1.2～1.7m，深10～32m。超前卸壓槽
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　　采取水力掏槽消突措施后突出指標效檢超標率為5.83％，遠低于常規的30％措施超標率，效檢不突出準確率為100％，充分顯示了水力掏槽消突措施的有效性和可靠性：平均月進尺達到126m，最高達到165m／月，較排放鉆孔等常規防突措施掘進速度提高到2倍以上。采取水力掏槽消突措施后，在爆破作業時，瓦斯涌出強度降低，炮后瓦斯超限率急劇下降，由其它防突措施炮后瓦斯超限的50％以上降至目前的18.9％，并且炮后瓦斯濃度一般在0.3％～0.9％之間，低于排放鉆孔防突措施爆破后0.9～7％的瓦斯濃度（同風量下比較），因此采取水力掏槽措施是掘進爆破作業安全的重要保證，同時試驗表明，措施后杜絕了爆破作業誘導突出或出現瓦斯動力現象。
　　工程試驗表明，掏槽后形成較大面積的槽洞對減少爆破工程量、材料費用、提高爆破效果和增加一次爆破深度均有顯著作用，新的掘進工藝使掘進速度提高到原來的2倍以上，達到全公司平均掘進水平的2-4倍。
　　
　　三、措施分析
　　
　?。ㄒ唬┻m應性
　　實驗礦區煤巷掘進突出統計表明，在采用排放鉆孔等常規措施期間，平均年掘進4000米巷道突出4～6次。采用水力掏槽措施在礦區試驗期間掘進2000余米，共發生突出2次，其中1次為考察水力掏槽措旌安全距離誘發突出，1次為措施期間突出（掘進工作面遇到成組斷層，煤層全部為軟分層，采用排放鉆孔打鉆時出現嚴重噴孔現象后，為保證施工安全，而采用水力掏槽措施發生的突出），從千米巷道突出次數看，基本與采用常規措施相當，采用水力掏槽措施并沒有增加突出的概率。因此，水力掏槽措施能夠很好的適應于礦區的嚴重突出煤層掘進消突。
　　（二）有效性
　　1、措施重復率低、采取水力掏槽措施，一般可以一次成槽，不需要反復的沖刷，過程簡單。
　　2、措施執行時間短。和其它防突措施相比，水力掏槽消突措施施工時間短，措施僅需10～30min，瓦斯在措施期間大量釋放，措施后瓦斯濃度一般在40min內降低到0.1％～0.4％，保證了有效掘進時間。
　　3、掘進速度大幅度提高。
　　4、經濟和社會效益顯著。
　　
　　四、結論
　　
　　1、理論研究分析表明，水力掏槽措施在瓦斯、應力及煤體物理性質改變等突出主導因素方面具有明顯的防突作用；通過嚴重突出掘進工作面工業試驗，充分證明水力掏槽防突措施具有廣泛的適應性、顯著的有效性和可靠的安全性，措施后有效解除了掘進期間突出危險性，大幅度提高了掘進速度和掘進的安全性。
　　2、確定了適合礦區煤層條件的水力掏槽防突措施參數。
　　3、采取水力掏槽消突措施，每米進尺措施時間是超前排放鉆孔的1／14，是注水防突措施的1/7。因此進一步深入研究、完善掘進工藝和裝備，掘進速度還有大幅度提高的潛力，將會帶來更大的經濟社會效益。
　　（作者單位：雞西礦業集團平崗煤礦）