緩傾斜厚煤層石門揭煤快速掘進技術

陳 孝

(山西南煤集團南莊公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

煤與瓦斯突出礦井中，石門揭煤工作難度較大。一是可能誘發煤與瓦斯突出，二是掘進效率低。產生的主要原因是煤在地層應力和瓦斯壓力共同作用下，獲得了一定的動能，引發煤與瓦斯突出，同時該處煤層比較松軟，易出現噴孔和卡鉆現象，掘進效率較低，有時還會影響施工人員安全。文中分析了緩傾斜厚煤層石門揭煤的工程特點，找出了存在問題，研究了瓦斯防突技術和掘進保護技術在緩傾斜厚煤層石門揭煤快速掘進中應用的可行性。

1 緩傾斜厚煤層石門揭煤的特點分析

圖1為一種緩傾斜厚煤層石門的示意圖，設計的標高-539～-390 m，設計工程量509 m，呈185°方位角，掘進坡度17°。巷道為半圓形直墻，拱形結構。巷道凈斷面積10.4 m2，掘進斷面積12.2 m，支護方式為錨網噴加錨索復合支護結構，在地質構造和頂板破碎以及揭煤施工期間均采用架棚支護。該石門掘進方式制約了掘進速度，因此在該典型地質情況下會出現掘進效率低的問題。根據三維地震波探測和檢測報告，石門揭煤部分煤層平均傾斜角為10°，平均厚度3.6 m。常規揭煤方式存在一定局限性。

2 緩斜厚煤層石門揭煤存在的問題

2.1 瓦斯突出威脅

在緩傾斜厚煤層石門揭煤過程當中，石門工作面為巖層到煤層的空間，從煤層底板開始的0.5 m處到煤層頂部的2 m處施工過程成為揭煤。在對該地質條件的煤層進行揭煤作業時，極容易遇到煤與瓦斯突出。突出是一種非常復雜的動力學現象，突出之前，煤中會形成特殊形狀的孔洞，在孔洞中產生動力，該動力釋放后經常會破壞巷道和設備。突出的瓦斯和煤粉經常會像暴風一樣，這種風流會充滿甚至上千米長的巷道。一旦遇到火源就會發生爆炸，造成的后果極其嚴重，對整個礦井造成毀滅性破壞。

圖1 緩傾斜厚煤層石門的工況示意圖

2.2 厚煤層的危險

在緩傾斜厚煤層石門揭煤中，煤層厚度極大，石門硬度非常高，極容易造成鉆探機械的損傷，如果采用爆破方式，這種結構的煤層厚度將大大影響到爆破的鉆孔和彈藥的布局。石門的難爆破性質會致使彈藥的高消耗，影響施工的效率。

3 緩傾斜厚煤層石門揭煤的快速掘進技術

3.1 快速掘進過程中的瓦斯防突技術

預測瓦斯突出的危險性：對于上述緩斜厚煤層石門揭煤時遇到的瓦斯威脅，可采用防患于未然的方式，首先做好預測工作，常用的預測手段大概分為如下幾種：①通過局部穿孔的方式測量標定瓦斯壓力，瓦斯的壓力一旦被標定，后續的防突工作可以有的放矢；②選取煤炭樣品測量其堅固性以及瓦斯在其中擴散的速度，擴散速度可用來針對性的測試瓦斯突出的速度；③在打孔中檢測噴口、卡鉆以及頂鉆等動力學現象，以這些現象的程度預測瓦斯突出的危險性。

消除突出方法：在對緩傾斜厚煤層石門揭煤的防突措施中，必須在一開始進行區域性的防突，再對局部危險點進行精準的消突。在用鉆孔卸壓方式進行消突的過程中，瓦斯含量會降低，地應力隨之也會減小。目前常用的消突辦法主要有通過鉆孔自然排放、水力沖孔以及布局金屬骨架的辦法。其中，最理想的辦法是抽放。在抽放的時候，必須在布孔方面控制恰當的范圍，在地應力較大或者瓦斯較大情況下，這種方法都能將危險度降到最低。在鉆孔設計時，控制孔的偏角和仰角，安裝抽放孔時，需要用水壓將孔內壁清洗干凈，防止碎屑的阻塞降低抽放效率。封孔可用馬麗散，封孔長度至少4 m，順層的抽放至少為6 m。

3.2 快速掘進的保護技術

在該地質條件下掘進，應該采用淺挖掘，淺支護，淺打眼，少裝填的原則，需要用泥沙堵住炮眼，在煤中不能進行打眼放炮的操作。以減少煤體擾動。在頂板上用鋼管固定，防止冒頂的現象誘導突出的發生，禁止使用容易造成煤層震動的工具。應在施工過程中嚴禁易燃物的進入，禁止金屬撞擊，從源頭上避免火源產生。

4 結語

文中分析了緩傾斜厚煤層石門揭煤的特點，研究了該條件下快速掘進的難點、可能遇到的威脅，提出了相關防突的策略和技術，為緩傾斜厚煤層石門揭煤快速掘進提供新的思路。