突出煤層煤巷掘進(jìn)工作面局部綜合防突措施研究

賈永斌

(陽泉煤業(yè)集團(tuán)泊里煤礦有限公司，山西 032700)

煤與瓦斯突出的防治是突出礦井開采中一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，防治煤與瓦斯突出綜合措施包括區(qū)域綜合防突措施和局部綜合防突措施兩部分。依據(jù)“區(qū)域防突措施先行、局部防突措施補充”的原則，在實施區(qū)域綜合防突措施經(jīng)效果檢驗達(dá)標(biāo)后，在采掘過程中仍必須執(zhí)行局部綜合防突措施，但局部綜合防突措施是建立在區(qū)域綜合防突措施的基礎(chǔ)之上，不能脫離區(qū)域綜合防突措施而單獨存在，無論是采煤工作面、煤巷掘進(jìn)工作面，還是石門揭煤工作面，所有的局部綜合防突措施都必須在經(jīng)過開采保護(hù)層或煤層瓦斯預(yù)抽后才可以執(zhí)行。文章從工作面突出危險性預(yù)測、工作面防突措施、工作面措施效果檢驗、安全防護(hù)措施四個方面入手，對突出煤層煤巷掘進(jìn)工作面局部綜合防突措施進(jìn)行研究。

1 工作面突出危險性預(yù)測

1.1 預(yù)測指標(biāo)和方法

煤巷掘進(jìn)工作面的突出預(yù)測方法采用鉆屑指標(biāo)法，其突出預(yù)測指標(biāo)為鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值和鉆屑量S。

采用鉆屑指標(biāo)法預(yù)測煤巷掘進(jìn)工作面突出危險性時，預(yù)測鉆孔從第2m深度開始，每鉆進(jìn)1m測定該1m段的全部鉆屑量S，每鉆進(jìn)2m至少測定1次鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值。

1.2 預(yù)測鉆孔布置

根據(jù)煤層瓦斯賦存、突出危險情況，在沿走向煤巷掘進(jìn)工作面進(jìn)行預(yù)測時，施工至少4個直徑為φ42mm、深度為8～10m的鉆孔，鉆孔應(yīng)布置在軟煤中，其中1個鉆孔位于巷道中部，并平行于掘進(jìn)方向，另一個鉆孔的終孔點位于巷道兩側(cè)輪廓線外2～4m處。預(yù)測鉆孔布置如圖1所示。

圖1 沿走向的煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測鉆孔布置

在沿傾向煤巷掘進(jìn)工作面(如切眼等)進(jìn)行預(yù)測時，施工3個直徑為φ42mm、深度為8～10m的鉆孔，鉆孔應(yīng)布置在軟煤中，其中1個鉆孔位于巷道中部，并平行于掘進(jìn)方向，其余2個鉆孔的終孔點分別位于巷道兩側(cè)輪廓線外2～4m處(圖2)。

圖2 沿傾向的煤巷(切眼等)掘進(jìn)工作面預(yù)測鉆孔布置

1.3 預(yù)測臨界值

在未實際考察出臨界值的情況下，建議采用《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》推薦的臨界值進(jìn)行突出危險性預(yù)報，待在今后的防突實踐中考察確定出符合礦井實際臨界值后再使用。目前，采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值和鉆屑量指標(biāo)S時，其臨界值參照《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》(表1)。

表1 鉆屑指標(biāo)法預(yù)測煤巷掘進(jìn)工作面突出危險性的參考臨界值

1.4 突出危險性預(yù)測

如果實測得到的K1值、S值的所有測定值均小于臨界值，并且未發(fā)現(xiàn)其他異常情況，則該工作面預(yù)測為無突出危險工作面；否則，為突出危險工作面。

工作面地質(zhì)構(gòu)造、采掘作業(yè)及鉆孔等現(xiàn)象主要有以下方面：

①煤層的構(gòu)造破壞帶，包括斷層、劇烈褶曲、火成巖侵入等；

②煤層賦存條件急劇變化；

③采掘應(yīng)力疊加；

④工作面出現(xiàn)噴孔、頂鉆等；

⑤工作面出現(xiàn)明顯的突出預(yù)兆。

在突出煤層，當(dāng)出現(xiàn)上述第④、⑤項情況時，必須采取區(qū)域綜合防突措施；當(dāng)有上述第①、②、③項情況時，除已經(jīng)實施了工作面防突措施外，應(yīng)當(dāng)視為突出危險工作面并實施相關(guān)措施。

預(yù)測為無突出危險工作面，只有當(dāng)上一循環(huán)預(yù)測指標(biāo)也是無突出危險時，方可確定為無突出危險工作面，并在采取安全防護(hù)措施，保留足夠的預(yù)測超前距(最小預(yù)測超前距為2m，在地質(zhì)構(gòu)造破壞嚴(yán)重地帶還應(yīng)適當(dāng)增加超前距)的前提下掘進(jìn)，如圖3所示。掘進(jìn)到位后，再進(jìn)行下一次突出危險性預(yù)測。

圖3 煤巷掘進(jìn)工作面預(yù)測不超標(biāo)時允許進(jìn)尺平面示意

2 工作面防突措施

當(dāng)煤巷掘進(jìn)工作面突出危險性預(yù)測為有突出危險時，應(yīng)執(zhí)行工作面防突措施。選用超前鉆孔(包括超前預(yù)抽瓦斯鉆孔、超前排放鉆孔)防突措施。

在采用超前排放鉆孔作為掘進(jìn)工作面防突措施時，巷道兩側(cè)輪廓線外鉆孔的最小控制范圍為5m。煤巷掘進(jìn)工作面在地質(zhì)構(gòu)造破壞帶或者煤層賦存條件急劇變化處不能按原措施設(shè)計要求實施時，必須施工鉆孔需要查明煤層賦存條件，然后采用直徑為42～75mm的鉆孔排放瓦斯。在煤巷掘進(jìn)工作面第一次執(zhí)行工作面防突措施或者措施超前距不足時，必須采取小直徑超前排放鉆孔防突措施，只有在工作面前方形成5m及以上的安全屏障后，方可進(jìn)入正常防突措施循環(huán)。

根據(jù)煤層瓦斯賦存、突出危險情況，超前排放鉆孔設(shè)計直徑為75mm。超前排放鉆孔沿巷道掘進(jìn)方向投影深度為12m，鉆孔數(shù)量及終孔間距按排放鉆孔有效影響半徑確定，在沒有考察出排放半徑的情況下，終孔孔間距按2m設(shè)計，雙排布置，共22個鉆孔，排放時間需達(dá)到《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》中要求，在地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域應(yīng)該適當(dāng)增加鉆孔，掘進(jìn)工作面超前排放鉆孔布置示意圖如圖4所示。

3 工作面措施效果檢驗

當(dāng)采取了超前排放鉆孔防突措施，并經(jīng)過一段時間的排放后，必須進(jìn)行煤巷掘進(jìn)工作面防突措施效果檢驗，其檢驗方法、指標(biāo)、臨界值與工作面突出危險性預(yù)測一致。分布在工作面各部位的檢驗鉆孔應(yīng)當(dāng)布置于所在部位防突措施鉆孔密度相對較小、孔間距相對較大的位置，并遠(yuǎn)離周圍的各防突措施鉆孔或盡可能與周圍各防突措施鉆孔保持等距離，在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地帶應(yīng)根據(jù)情況適當(dāng)增加檢驗鉆孔。工作面防突措施效果檢驗必須包括以下內(nèi)容：

檢查所實施的工作面防突措施是否達(dá)到了設(shè)計要求和滿足有關(guān)規(guī)章、標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)定，并了解、收集工作面及實施措施的相關(guān)情況、突出預(yù)兆等(包括噴孔、頂鉆等)，作為措施效果檢驗報告的內(nèi)容之一，用于綜合分析、判斷。

煤巷掘進(jìn)工作面防突措施效果檢驗，鉆孔個數(shù)應(yīng)不少于4個，在地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域應(yīng)該適當(dāng)增加檢驗孔，檢驗孔沿巷道掘進(jìn)方向的投影深度小于或等于12m，并應(yīng)布置在兩個措施孔之間，鉆孔直徑為42mm。測試鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1值和鉆屑量S，實測得到的K1值、S值的所有測定值均小于臨界值(表1)，并且未發(fā)現(xiàn)其他異常情況，則措施有效；否則，判定為措施無效，必須重新執(zhí)行區(qū)域綜合防突措施或者局部綜合防突措施。

當(dāng)檢驗結(jié)果措施有效時，若檢驗孔與防突措施鉆孔向巷道掘進(jìn)方向的投影長度(簡稱投影孔深)相等，則煤巷掘進(jìn)工作面在至少留5m防突措施超前距(在地質(zhì)構(gòu)造破壞嚴(yán)重地帶應(yīng)適當(dāng)增加超前距，但不得小于7m)的條件下，在采取安全防護(hù)措施后進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。當(dāng)檢驗孔的投影孔深小于防突措施鉆孔時，則煤巷掘進(jìn)工作面在至少留5m防突措施超前距(在地質(zhì)構(gòu)造破壞嚴(yán)重地帶應(yīng)適當(dāng)增加超前距，但不小于7m)并同時保留有至少2m檢驗孔投影孔深超前距的條件下，在采取安全防護(hù)措施后進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)。

4 安全防護(hù)措施

按照《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》的要求，礦井在采取區(qū)域和局部綜合防突措施后，為防止出現(xiàn)因預(yù)測失誤或防突措施失效發(fā)生煤與瓦斯突出事故造成人員傷害，在掘進(jìn)工作面作業(yè)前，還必須采取安全防護(hù)措施。安全防護(hù)措施主要包括避難硐室、反向風(fēng)門、壓風(fēng)自救裝置、隔離式自救器、遠(yuǎn)距離爆破等。同時，應(yīng)按照國家相關(guān)政策，建設(shè)完善井下安全避險“六大系統(tǒng)”(監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、緊急避險系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)和通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng))，并達(dá)到“系統(tǒng)可靠、設(shè)施完善、管理到位、運轉(zhuǎn)有效”的要求。