石門巖巷掘進中的防突技術(shù)

秦靖宇,趙　毅

(山西煤炭運銷集團 晉城有限公司,山西 晉城 048000)

本文主要闡述兩方面的應(yīng)用:一是石門、巖巷掘進期間采用超前鉆探掌握施工層位,控制巷頂距煤層的法線距離,以提高地質(zhì)預(yù)報、瓦斯預(yù)測預(yù)報的質(zhì)量與準確率,防止誤揭煤層;二是采用近煤層掘進防突措施及石門揭煤防突措施,防止瓦斯事故發(fā)生。

1　控制巖巷施工層位及巷頂距煤層的法線距離

一方面由于采區(qū)大巷、底板抽放巷布置在煤層頂板或底板巖層中，其煤層賦存因地質(zhì)變化原因,具有突變、驟變的偶然性,且受隱伏的斷層、陷落柱等構(gòu)造影響,因此在掘進期間需利用交叉邁步式超前鉆探掩護掘進,嚴格控制巷頂距煤層的法線距離,必要時采取相應(yīng)的防突措施。另一方面斜井、工作面順槽掘進時從巖巷穿層掘進至煤巷中要揭煤,需利用超前鉆探探明煤層賦存及地質(zhì)構(gòu)造情況,邊探邊掘,確保揭煤安全。

根據(jù)勘探鉆孔及巷道實際揭露地質(zhì)資料設(shè)計鉆孔,呈扇形布置,設(shè)計長度按80 m～100 m一個循環(huán),一組鉆孔3～5個,巖巷掘進超前鉆探設(shè)計示意圖見圖1。采用水力排粉無芯鉆進,根據(jù)反水顏色和鉆屑判斷煤層及頂?shù)装?遇斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造時,適當(dāng)取芯鉆進，并進行控制。

圖1　巖巷掘進超前鉆探設(shè)計示意圖Fig.1　Advanced drilling design for rock roadway excavation

自巷道開口掘進即開始布置鉆場進行超前鉆探,鉆探按循環(huán)進行,每循環(huán)保留20 m超前距,每循環(huán)鉆探結(jié)束后,根據(jù)鉆探結(jié)果合理調(diào)整巷道施工坡度,無需揭煤時,使用超前鉆探技術(shù)交叉邁步式掩護巷道掘進,可有效控制巷頂距煤層的法線距離，使其處于安全數(shù)值,同時,加強了對隱伏的斷層、陷落柱等構(gòu)造的探測與控制。需要揭煤時,則使用超前鉆探技術(shù)探明煤層賦存情況,控制地質(zhì)構(gòu)造參數(shù),有計劃地安全揭煤，有效避免了誤揭煤層的事故發(fā)生。

2　防突措施

2.1　近煤層掘進防突措施

掘進工作面巷頂距煤層法線距離小于10 m時,進行近煤層掘進防突管理。結(jié)合煤礦實際情況,由施工區(qū)隊負責(zé)每掘進5 m探測1次巷頂與煤層之間的法線距離,做好記錄并及時向防突、地測部門匯報,防突、地測部門要分析查明掘進層位有無異常。當(dāng)巷頂距煤層法線5 m及更小時,要執(zhí)行區(qū)域綜合防突措施,采取穿層鉆孔水力沖孔區(qū)域綜合防突措施。穿層鉆孔終孔間距按8 m×8 m進行設(shè)計,鉆孔數(shù)量及參數(shù)根據(jù)施工地點實際而定,能夠確保出煤量及抽采效果達標(biāo)。施工期間在管路上加裝抽放集流器,每施工1個瓦斯抽放鉆孔成孔時及時封孔聯(lián)網(wǎng)進行抽放,抽放時間以所有鉆孔濃度均降至10%以下為準。

當(dāng)區(qū)域防突措施均按規(guī)定施工達到設(shè)計要求時,要進行區(qū)域防突措施的效果檢驗,采用測定瓦斯含量的方法進行,若檢驗指標(biāo)低于臨界值,可在采取安全防護措施的情況下,邊探邊掘,反之,則要執(zhí)行補充防突措施,直到措施有效為止。采取以上防突措施,可在巷道近煤層掘進期間有效進行消突卸壓,避免瓦斯事故的發(fā)生。

2.2　石門揭煤防突措施

石門揭露突出煤層前,根據(jù)超前鉆探成果,充分掌握煤層賦存情況及地質(zhì)條件,分析確定揭煤點位置,進行揭煤防突管理。首先測定揭煤區(qū)域煤層瓦斯含量,確保獨立通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)電閉鎖裝置可靠。其次采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法對工作面進行區(qū)域驗證,預(yù)測鉆孔數(shù)根據(jù)晉城礦區(qū)平均煤厚一般取4個,其中揭煤巷道中間1個,其余3個孔位于揭煤巷道上部和兩側(cè),終孔位于巷道四周輪廓線外5 m范圍,區(qū)域驗證鉆孔設(shè)計示意圖見圖2。當(dāng)鉆進煤層后必須采用風(fēng)力排粉,每鉆進1 m采集1次孔口排出的煤鉆屑,測定其鉆屑瓦斯解吸指標(biāo),當(dāng)測定指標(biāo)均小于臨界值且無異常情況時,巷道可繼續(xù)掘進,掘進過程中連續(xù)性進行區(qū)域驗證,如出現(xiàn)測定指標(biāo)大于等于臨界值時,則需執(zhí)行局部防突措施進行瓦斯抽采。

圖2　區(qū)域驗證鉆孔設(shè)計示意圖Fig.2　Design diagram of borehole regional verification

局部防突措施采用直徑≥94 mm的措施孔,孔深為穿過煤層進入巖層0.5 m為止,終孔間距按照3 m進行布孔,能夠控制巷道兩側(cè)12 m范圍的煤體。施工時先施工中間孔,再逐漸向兩側(cè)施工,技術(shù)人員根據(jù)鉆進情況及時修改鉆孔參數(shù),使鉆孔充分發(fā)揮作用。每完成1列鉆孔后要及時封孔并聯(lián)網(wǎng)進行抽放,局部防突措施的效果檢驗依然采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法進行,在采取安全防護措施、進行連續(xù)效果檢驗且指標(biāo)不超的情況下,掘至巷頂距煤層法線1.5 m處,可以開展揭煤前的準備工作,采用導(dǎo)硐式遠距離爆破揭開煤層。

3　結(jié)束語

隱伏的斷層、陷落柱嚴重影響著煤礦安全與生產(chǎn),大型構(gòu)造所派生的小構(gòu)造更加多種多樣,對煤厚變化起著顯而易見的控制作用。利用超前鉆探探清煤厚、斷層產(chǎn)狀、褶曲產(chǎn)狀、陷落柱等地質(zhì)參數(shù),為防突工作提供了基礎(chǔ)資料。巖巷近煤層掘進、揭煤期間,采用區(qū)域防突措施與局部防突措施進行消突,可實現(xiàn)抽采達標(biāo),在煤礦中有著廣泛應(yīng)用。