礦井開(kāi)采保護(hù)層防突技術(shù)研究

劉德勇

（龍煤集團(tuán)鶴崗分公司 峻德煤礦，黑龍江 鶴崗 154100）

1 礦井工作面概況

某礦采面為二水平一采區(qū)鄰近采面的保護(hù)層，采面走向長(zhǎng)1360m，采長(zhǎng)180m。平均煤厚2.0m，平均煤層傾角10度，兩煤層層間距為0.3～6.5米，上部煤層瓦斯含量預(yù)計(jì)為4.06m3/t，下部煤層瓦斯含量預(yù)計(jì)為7.93m3/t，由于層間距較小，下煤層瓦斯極易大量涌入采掘空間。

2 瓦斯壓力、含量、抽放參數(shù)測(cè)定及瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

在一水平實(shí)測(cè)上部煤層瓦斯壓力為0.8MPa，下部煤層瓦斯壓力為1.0MPa，根據(jù)該采區(qū)測(cè)壓情況，采區(qū)壓力梯度為0.2MPa/百米，煤層透氣性系數(shù)Y=0.0075mD，抽放半徑（經(jīng)驗(yàn)值）r=1.5米。

2.1 上部煤層該水平采面掘進(jìn)期間瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

由于上部煤層瓦斯含量為4.06m3/t，下部煤層瓦斯含量為7.93m3/t，預(yù)計(jì)上部煤層該水平采面掘進(jìn)期間瓦斯涌出量預(yù)計(jì)為1.0～2.0m3/min。

2.2 下部煤層該水平采面開(kāi)采期間瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

按瓦斯含量計(jì)算工作面的瓦斯絕對(duì)涌出量，其計(jì)算如下：

式中：qy—本煤層開(kāi)采涌入工作面的瓦斯量，m3/min；K—進(jìn)回風(fēng)巷影響系數(shù)，取0.8；A—工作面日產(chǎn)量，X0-煤的原始含量，m3/t；X1—煤的殘存瓦斯含量，m3/t，丁組煤層實(shí)測(cè)值2.24

考慮到開(kāi)采過(guò)程中被保護(hù)層采面瓦斯將涌入上部煤層采面，故上部煤層采面瓦斯絕對(duì)量計(jì)算式為：

式中：K—鄰近層瓦斯排放率，%，取K=0.65

上部煤層采面日產(chǎn)量3000噸，其相應(yīng)面積的被保護(hù)層煤量為3600噸，而上部煤層煤層瓦斯含量為4.06m3/t，下部煤層煤層瓦斯含量預(yù)計(jì)為7.93m3/t，代入計(jì)算公式

則q=3.0+7.4=10.4m3/min

3 防突技術(shù)措施

3.1 工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

工作面作業(yè)前先進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)采用定量和定性?xún)煞N方法：定量預(yù)測(cè)根據(jù)《煤層突出區(qū)域劃分研究報(bào)告》采用瓦斯涌出初速度q值和鉆屑量S值兩種指標(biāo)。定性預(yù)測(cè)是工作面現(xiàn)場(chǎng)符合《防突細(xì)則》31條任意一款時(shí)即定為突出危險(xiǎn)工作面：

①在突出煤層的構(gòu)造破壞帶，包括斷層褶曲、火成巖入侵等。

②煤層賦存條件急劇變化的區(qū)域。

③采掘應(yīng)力迭加的區(qū)域。

④在工作面預(yù)測(cè)過(guò)程中出現(xiàn)噴孔、頂鉆等動(dòng)力現(xiàn)象。

⑤工作面出現(xiàn)明顯突出預(yù)兆。

在嚴(yán)重突出危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)采取增加預(yù)測(cè)（效檢）次數(shù)，降低預(yù)測(cè)（效檢）指標(biāo)的臨界值，增加預(yù)測(cè)（效檢）超前距等特殊措施，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)（效檢）的可靠性。把瓦斯地質(zhì)情況與工作面日常預(yù)測(cè)緊密結(jié)合，充分發(fā)揮瓦斯地質(zhì)工作的先導(dǎo)作用。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)突出指標(biāo)及臨界值的研究。

3.2 防突技術(shù)措施實(shí)施

工作面局部防突措施主要采取超前鉆孔、前探構(gòu)造孔、巷道兩幫卸壓孔等措施。超前鉆孔由施工單位嚴(yán)格按照措施設(shè)計(jì)的位置、角度、深度等參數(shù)施工，超前鉆孔保留不低于10米的允許進(jìn)尺超前距，并控制到巷道兩幫輪廓線8米以上。工作面遇到煤厚變化、斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，必須執(zhí)行“有疑必探，先探后掘”的原則，施工前探構(gòu)造孔，孔深不低于30米，數(shù)量不少于3個(gè)，探清前方的構(gòu)造或煤層賦存狀況，前探鉆孔的超前距不得少于10米。工作面兩幫施工卸壓孔，每米1個(gè)，孔深8米。現(xiàn)場(chǎng)配備驗(yàn)收孔深的錨索和控制鉆孔角度的模具，并由瓦檢員和防突測(cè)試工監(jiān)鉆，打鉆過(guò)程中若出現(xiàn)噴孔、響煤炮等現(xiàn)象時(shí)及時(shí)采取在該孔周邊補(bǔ)打2個(gè)以上鉆孔的措施。在嚴(yán)重突出危險(xiǎn)區(qū)域采掘，采取超常規(guī)防突技術(shù)。增加局部防突措施的鉆孔數(shù)量和超前距等措施，納入工作面正規(guī)循環(huán)，提高防突措施的消突效果。

3.3 安全防護(hù)措施

3.3.1 該突出采區(qū)均建立了專(zhuān)用回風(fēng)巷，并切實(shí)做到專(zhuān)回專(zhuān)用，突出采掘工作面均具有獨(dú)立的回風(fēng)系統(tǒng)，保證采掘工作面回風(fēng)直接進(jìn)入專(zhuān)用回風(fēng)巷。

3.3.2 工作面采用遠(yuǎn)距離爆破、避難硐室、壓風(fēng)自救、防突反向風(fēng)門(mén)、逆止閥、隔離式自救器等安全防護(hù)措施。

3.3.3 避難硐室和防突反向風(fēng)門(mén)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，進(jìn)行施工和管理，以提高避難硐室和防突風(fēng)門(mén)的堅(jiān)固性和抗災(zāi)能力，同時(shí)在防突反向風(fēng)門(mén)處設(shè)置監(jiān)測(cè)瓦斯逆流的監(jiān)測(cè)裝置，以確保瓦斯逆流時(shí)將進(jìn)風(fēng)側(cè)電源斷開(kāi)。

3.3.4 綜掘工作面遇到地質(zhì)構(gòu)造時(shí)要及時(shí)改為炮掘，對(duì)放炮采掘工作面進(jìn)行爆破時(shí)，都必須執(zhí)行遠(yuǎn)距離爆破，躲炮距離要按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，并嚴(yán)格執(zhí)行爆破前放炮員向調(diào)度室匯報(bào)和變電所停電的制度。

3.3.5 穿過(guò)防突風(fēng)門(mén)門(mén)墻的風(fēng)筒要采用鐵制風(fēng)筒和逆止閥，鐵風(fēng)筒鐵板厚度3～5mm，逆止閥鐵板厚度不小于5mm。

3.4 效果檢驗(yàn)

3.4.1 上部煤層采面掘進(jìn)期間瓦斯治理

根據(jù)預(yù)測(cè)上部煤層采面掘進(jìn)期間瓦斯涌出量預(yù)計(jì)為1～2m3/min，掘進(jìn)期間機(jī)風(fēng)巷鋪設(shè)抽放管路，當(dāng)瓦斯涌出量小于3m3/min時(shí)，利用2×30KW風(fēng)機(jī)通過(guò)通風(fēng)方式即可解決掘進(jìn)期間瓦斯問(wèn)題，當(dāng)瓦斯涌出量大于或等于3 m3/min時(shí)，執(zhí)行底板淺孔抽放措施，在巷道底板施工淺孔鉆孔，抽放巷道底板瓦斯，鉆孔3米一排，每排2個(gè)，孔深以穿透丁6煤層進(jìn)入底板500mm為準(zhǔn)。

3.4.2 上部煤層采面回采期間瓦斯治理

根據(jù)預(yù)測(cè)，上部煤層采面回采期間最大絕對(duì)瓦斯涌出量為10.4m3/min。該工作面配風(fēng)量可達(dá)到1500m3/min，通風(fēng)能力可以解決瓦斯量為：

其中q-通風(fēng)方法可以解決的最大瓦斯涌出量，m3/min；K-瓦斯涌出不均衡系數(shù)，取K=1.5；Qg-工作面供給風(fēng)量，m3/min；C-《規(guī)程》規(guī)定允許濃度，取C=1.0%

則q=10m3/min

計(jì)算結(jié)果表明，采用通風(fēng)方法不能夠決瓦斯問(wèn)題。

采面回采期間在工作面風(fēng)巷鋪設(shè)兩趟抽放管路，一趟進(jìn)行工作面淺孔抽放，另一趟進(jìn)行采空區(qū)抽放。

4 效果分析

上部煤層采面未回采前期，下部煤層絕對(duì)瓦斯涌出量為12.4m3/min，開(kāi)采保護(hù)層后，根據(jù)預(yù)測(cè)，下部煤層絕對(duì)瓦斯涌出量為5.4m3/min，通過(guò)開(kāi)采保護(hù)層大大降低了下部煤層突出危險(xiǎn)性的瓦斯賦存量，下部煤層有突出危險(xiǎn)性煤層將為非突出危險(xiǎn)性煤層，為下部煤層安全開(kāi)采提供了保證。

結(jié)語(yǔ)

礦井開(kāi)采保護(hù)層防突技術(shù)為高瓦斯煤層開(kāi)采提供了借鑒，通過(guò)開(kāi)采保護(hù)層解放被保護(hù)層，使得被保護(hù)層煤層內(nèi)的瓦斯有效得到釋放，降低了被保護(hù)層瓦斯突出性危險(xiǎn)，該項(xiàng)技術(shù)值得研究和推廣應(yīng)用。

[1]程偉.煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)及防治技術(shù)[M].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003年.

[2]葉青，李寶玉，林柏泉.高壓水射流防突技術(shù)[J].煤礦安全，2005，36(12):11～14.

[3]王魁軍，王偌安，許昭澤，等.交叉鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯[J].煤礦安全，2003(34):78～81.

[4]中國(guó)礦業(yè)學(xué)院.煤和瓦斯突出的防治.北京t煤炭工業(yè)出版社，1979I.2～12.

[5]王金華.綜放開(kāi)采是解決厚煤層開(kāi)采難題的有效途徑[J]煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，(02).

[6]孟憲銳，王鴻鵬，劉朝暉，張英.我國(guó)厚煤層開(kāi)采方法的選擇原則與發(fā)展現(xiàn)狀[J]煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，(01).