突出煤層巷道快速掘進及瓦斯治理技術研究

張賀然

（大同煤礦集團宏泰礦山工程建設有限責任公司，山西 大同 037003）

同煤集團馬脊梁礦位于大同市西部邊緣40km，是一座已有70年開采歷史的礦井。該礦具有煤與瓦斯突出危險，從地質構造分析構造異常發育，同時是非常典型的“三軟”煤層，在開采過程中容易發生水、火等自然災害。同時隨著采深的加大，地壓、地溫明顯增大，在這樣復雜的環境下，實現巷道的快速掘進技術，保障煤礦高產高效開采是非常有意義的。對馬脊梁礦煤與瓦斯突出礦井巷道的快速掘進及瓦斯治理技術進行了實踐應用研究，取得良好效果。

l 地質條件

馬脊梁礦含煤地層為石炭二疊系，煤系基底為奧陶系，之上為第三、第四系。當前該礦主采煤層共五層：6、7-2、8、9、13-1煤層。13-1煤層平均厚度4.30～5.69m，下距煤層76m，頂底板巖性為泥巖、砂質泥巖、炭質泥巖，結構類型為簡單～較復雜。瓦斯涌出及等級情況如表1所示。

表1 瓦斯涌出及等級情況表

從表1中可以看到，2011年～2014年隨著開采深度的加大，CH4涌出絕對量和CH4涌出相對量數據都在增大。瓦斯來源主要以開采區為主，2015年更是占82%，其次為準備區和采空區。

馬脊梁礦主采的5個煤層瓦斯參數見表2所示。

從表3數據中可以看到，該煤礦瓦斯壓力大，瓦斯含量高，煤層透氣性系數低，鉆孔瓦斯流量衰減系數大，同時也可以看到煤與瓦斯突出危險區域的面積較大，必須認真做好相應的防突工作。

表2 煤層瓦斯參數

2 雙巷、三巷連采巷道快速掘進工藝的應用

2.1 雙巷、三巷連采巷道快速掘進工藝方案

針對馬脊梁礦13-1煤層單巷掘進效率低，嚴重影響礦井采掘接替的情況，采用雙巷、三巷連采巷道快速掘進工藝來提高掘進效率。其設備選型方案為：選用美國久益公司（JOY）生產的12CM15型連續采煤機來完成割煤和裝煤工序作業，具有完全遙控功能的高產量連續采煤特點；選用PM2110C-56-1140型梭車完成連采機到給料破碎機的作業；選用BF-14B-54-64C型給料破碎機完成物料的破碎和轉載工作；選用ST-3.5S鏟車來進行輔助運輸工作；選用CHDDR-AC型雙臂錨桿機進行打眼和安裝工作。

施工組織改變以往傳統的“三、八”制作業方式為“四、六”制作業方式。調整施工工藝如下：交接班→安全檢查→校對激光→連采機進入已支護好的巷道割、裝煤至梭車運煤→切槽、采垛達循環進度后→連采機轉移巷道→支護→安全檢查敲幫問頂→臨時支護→永久支護完成后轉移巷道→接風筒，鏟車清理浮煤→自檢驗收。其具體的快速掘進巷道布置圖如圖1所示。

2.2 掘進效果分析

馬脊梁礦13-1煤層調整單巷掘進工藝為雙巷、三巷連采工藝，同時選擇采用配套的機械化開采設備，提高了巷道的掘進效率，巷道掘進速度由485m/月提高到了688m/月，有效地緩解了采掘接替緊張問題，達到高產高效的相應標準。

3 瓦斯綜合治理技術的實踐應用

針對馬脊梁礦的地質特征，結合巷道布置及相應的生產接續，對該礦采取了如下的瓦斯治理技術，實踐應用效果較好。

3.1 區域防突措施

針對馬脊梁礦主采煤層調整后掘進巷道采用雙巷掘進方法，采用預抽區段瓦斯的防突措施。運巷超前掘進，抽采巷滯后掘進，待運巷消突以后掩護抽采巷的掘進工作，因此兩條巷道鉆孔布置略有不同。

在運巷東、西兩側幫各布置兩個千米鉆孔進行消突，第一個千米鉆孔布置距巷道幫7.25m處，第二個千米鉆孔布置距第一個千米鉆孔7.5m處，并控制巷道輪廓線左右各15m范圍。由于巷道兩幫的千米鉆孔相距19.5m，抽放直徑按7.5m考慮，因此待掘方向存在12m的消突空白區，為了保證巷道的安全掘進，還需在迎頭布置2個鉆孔以及東側幫小鉆場布置2個鉆孔進行消突。巷道兩幫的千米鉆孔需每300m施工一個鉆場，鉆孔深度450m；迎頭鉆孔按交叉邁步式施工，每60m施工一循環，每循環兩個鉆孔，兩個鉆孔深度80m；巷道東側幫每60m施工一個小鉆場，小鉆場內施工2個鉆孔，孔深80m；為了避免應力集中，抽采巷掘進工作始終保持滯后于運巷80m。待運巷消除突出危險性以后，在運巷西側幫向抽采巷施工短鉆孔，鉆孔孔底至巷道輪廓線外5m，孔間距6m。抽采巷西側幫布置兩個千米鉆孔，第一個鉆孔距巷道幫8m，鉆孔間距6m。

3.2 穿層鉆孔抽采瓦斯

采取穿層鉆孔抽采來進行瓦斯治理。鉆孔布置如圖2所示，充分利用抽采巷，從回風巷中向煤層工作面頂板施工傾向穿層鉆孔，實現抽采瓦斯的目的。

3.3 順層鉆孔預抽瓦斯

為了降低該煤礦開采煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力，結合煤層的實際情況，采用順層鉆孔預抽瓦斯的技術措施。考慮到開采煤層有地質構造簡單、傾角小、堅固性系數相對大、透氣性系數相對大等特點，礦井可以選取普通鉆機施工順層長鉆孔進行煤層瓦斯區域抽采。單個回采工作面傾向長度約200m，順層鉆孔布置方案如圖3所示，設計鉆孔長度為110m，孔徑75mm。

圖2 頂板穿層鉆孔布置示意圖

圖3 工作面煤體瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

實測結果表明，工作面回采前預抽瓦斯為0.5～0.8m3/min，回采后預抽瓦斯增加到1.6m3/min，預抽瓦斯量占工作面瓦斯總量的8%～9%左右，該措施能有效地降低瓦斯的含量和壓力，對防突工作具有積極意義。

3.4 高抽巷抽放

高抽巷沿走向貫穿工作面整個走向長，與采面風巷平行，內錯風巷20m布置。巷道隨煤層起伏而垂直方向相應調整，離煤層的間距應使高抽巷處于工作面開采形成的裂隙帶中，一般距煤層15～25m。巷道斷面為6m，采用錨網支護。數據檢測結果顯示高抽巷抽放瓦斯量6.5m3/min，綜合穿層鉆孔等其它措施瓦斯抽放總量為11.3m3/min，抽放率57.5%。數據表明，瓦斯抽放治理技術的實踐應用效果較佳。

4 總結

對于煤與瓦斯突出礦井來講，影響巷道快速掘進的兩大因素為巷道掘進效率和井下瓦斯治理措施及效果，只有保障井下掘進開采的安全才能保障掘進開采的效率。針對馬脊梁礦主采煤層瓦斯地質條件，調整單巷掘進施工工藝為雙巷、三巷連采施工工藝，同時制定了合理的瓦斯治理措施。瓦斯治理技術有效地降低瓦斯的含量和壓力，對防突工作具有積極意義，掘進實踐結果表明：巷道掘進速度由485m/月提高到了688m/月，有效地緩解了馬脊梁礦采掘接替緊張問題，實現了該煤礦高產高效的安全開采目標。