深井掘進工作面煤與瓦斯突出—沖擊地壓復合型動力災害防治措施

文/楊建坤 楊杰

深井掘進工作面煤與瓦斯突出—沖擊地壓復合型動力災害防治措施

文/楊建坤 楊杰

生產實際表明，深部高瓦斯煤層發生的動力災害往往表現出兼具煤與瓦斯突出和沖擊地壓兩種災害的特征。因此，具有沖擊地壓傾向的礦井在進行瓦斯抽放時要控制瓦斯抽放量，使瓦斯抽放后煤體中的瓦斯含量控制在臨界值附近，達到既降低瓦斯危險又避免沖擊地壓發生的目的。同時，在有沖擊地壓危險的采區可采取煤層注水措施，改善因瓦斯抽放造成的沖擊地壓危險，減少沖擊地壓發生后的瓦斯涌出量。

夾河煤礦7451皮帶機道位于-1200m水平西一采區，設計長度1248m，煤層厚度1.1～2.5m，平均2.0m，煤層傾角18～30°，平均22°；井下標高在-1170～-1200m之間，全長均屬于煤與瓦斯突出危險區和地壓沖擊危險區域。本文以夾河煤礦7451皮帶機道為例，闡明了采用施工瓦斯抽采兼卸壓鉆孔結合煤體注水的方法，是一種簡單且有效防治煤與瓦斯突出—沖擊地壓復合型動力災害的良好手段。

一、工作面未采取措施前原始瓦斯含量及壓力測定

夾河煤礦在7451皮帶機道開窩前，對迎頭內部60m深度煤體進行取樣。并使用DGC瓦斯含量直接測定裝置對其進行粉碎解析，測得煤體原始瓦斯含量及瓦斯壓力數值見表1。

表1 采取措施前瓦斯含量及瓦斯壓力數值

根據防治煤與瓦斯突出規定，當煤體內瓦斯含量大于8m3/t，或瓦斯壓力大于0.74MPa時，均可認為具有突出危險。從表1可看出，7451運輸機道無論煤體瓦斯含量和瓦斯壓力均超出危險指標。

二、工作面未采取措施前的沖擊危險性

根據2013年中國礦業大學對夾河煤礦7煤及其頂板沖擊傾向性鑒定實驗報告數據表明，夾河煤礦7煤煤層屬Ⅱ類，為具有弱沖擊傾向性的煤層；7煤頂板屬Ⅱ類，為弱沖擊傾向性的巖層。該掘進工作面利用綜合指數法對該區域沖擊危險程度進行評估結果為0.4，屬弱沖擊危險。

7451運輸機道在掘進超過50m后，工作期間，煤炮聲較為頻繁，巷道內頂板下沉、兩幫外鼓均較為嚴重，多處錨桿錨索失效。采取在巷道內扶工字鋼棚配合加密錨索的方式進行支護。

在該處進行鉆屑法檢測時，鉆孔深度施工至8m后開始普遍出現鉆進困難、吸鉆卡鉆埋死鉆桿,以及鉆進過程中的煤炮現象。在巷道內礦壓顯現較嚴重區段巷幫隨機布置4個鉆屑檢測孔，對鉆屑涌出量進行測定，結果見表2。

表2 采取措施前煤體鉆屑量檢測數值

三、工作面煤與瓦斯突出和沖擊地壓防治綜合治理措施

1.鉆孔卸壓

迎頭鉆孔設計。在設計鉆孔分布時，采用從中部長孔向兩側逐漸進行偏移的方式進行。即先設計出中線附近長鉆孔，再逐漸向兩側以鉆孔有效抽采半徑的2倍（3m）進行偏移。而不是簡單的以終孔點間距3m進行布孔，既能夠大大減少鉆孔數量，縮短單循環作業時間，又能符合防突規定要求。將鉆孔直徑定為113mm，可同時滿足防沖大直徑鉆孔卸壓要求。

兩幫鉆孔參數設計。由于鉆孔抽采的有效半徑為1.5m，該處煤層厚度平均為2.0m，故在煤層中部布置單排鉆孔即可滿足全厚范圍抽采需求。鉆孔施工時，方向與走向垂直，傾角與施工地點煤層傾角相同，故鉆孔的間距應選取2倍抽采有效半徑，以確保鉆孔抽采范圍能夠搭茬，不留抽采盲區。

2.高壓注水卸壓

由于巷道迎頭和兩幫已提前施工瓦斯抽采兼卸壓鉆孔，夾河煤礦直接利用其進行注水。迎頭由于鉆孔施工密度較大，不宜全部進行注水，選擇其中的3～5個孔進行注水即可。見圖1和圖2。

圖1 迎頭注水孔示意圖

圖2 幫部注水孔示意圖

注水過程中，壓力不足時，可使用加壓泵使水壓增加至6~12MPa。若煤壁出水或有相鄰鉆孔出水，則說明煤體已經產生裂隙，須停止注水。

四、防治效果的論證

1.鉆孔卸壓結合煤體注水施工前后煤體瓦斯含量及壓力對比

7451運輸機道迎頭、兩幫進行鉆孔卸壓并注水后，對迎頭以里及幫部煤體進行取樣，使用DGC瓦斯含量直接測定裝置對其瓦斯含量及壓力進行測定。測定結果見表3。

表3 采取措施后煤體瓦斯含量及壓力數值

2.鉆孔卸壓結合煤體注水施工前后鉆屑量數據對比

7451運輸機道迎頭、兩幫進行鉆孔卸壓并注水后，對迎頭及幫部進行沖擊危險性鉆屑法檢測。測定結果見表4。

表4 采取措施后煤體鉆屑量檢測數值（kg）

五、結語

夾河煤礦采用施工瓦斯抽采兼卸壓鉆孔結合煤體注水的綜合防治措施后，煤體的瓦斯含量下降了57.1%，瓦斯壓力下降了74.3%，鉆屑量檢測時每米涌出的鉆屑總重降低了6.7%～36.6%，巷道頂板變形速度減小了67%，兩幫移近速度減小了51%。上述方法對降低煤體瓦斯含量及壓力，降低煤體內部積聚的彈性能，以及減小巷道變形都具有非常顯著的效果。

（作者單位：徐州礦務集團公司夾河煤礦）

（責任編輯：周瓊）