古城煤礦高瓦斯條件下巷道快速掘進(jìn)工藝

關(guān) 偉

(潞安集團(tuán) 古城煤礦建設(shè)管理處，山西 長治 046100)

古城煤礦是潞安集團(tuán)在建的一座特大型礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力800萬t/a，礦井開拓方式采用斜立混合分區(qū)布置。分別布置主斜井(主井工業(yè)場地)、副立井(副井工業(yè)場地)、中央回風(fēng)立井(副井工業(yè)場地)、桃園進(jìn)風(fēng)井(桃園風(fēng)井場地)、桃園回風(fēng)井(桃園風(fēng)井場地)共計5個井筒。礦井采用抽出式分區(qū)通風(fēng)，北一盤區(qū)、北二盤區(qū)通風(fēng)由主斜井和副立井進(jìn)風(fēng)，中央回風(fēng)立井回風(fēng)滿足需求；南一盤區(qū)通風(fēng)由桃園進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)，桃園回風(fēng)立井回風(fēng)滿足需求。礦井開采煤層主要為3號煤層，3號煤層厚度3.35～10.45 m，平均6.27 m，煤層發(fā)育穩(wěn)定，傾角平緩，無壓茬關(guān)系，回采工藝性好。S1301工作面為礦井南翼首采工作面，S1301膠帶巷為矩形巷道，總掘進(jìn)工程量1 620 m，巷道掘進(jìn)尺寸：掘?qū)? 200 mm、掘高3 800 mm，毛斷面為19.76 m2，采用綜掘機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。

1 影響巷道快速掘進(jìn)的主要因素

古城煤礦為高瓦斯礦井，煤體的瓦斯含量較高，S1301膠帶巷開口處原始瓦斯含量為12～14 m3/t，瓦斯的治理效果是影響巷道快速掘進(jìn)的最主要因素。因此，巷道開始施工前在巷道開口位置正前方施工密集鉆孔集中抽放，必須經(jīng)預(yù)抽后瓦斯含量降至8 m3/t左右方可開口施工。

隨著掘進(jìn)巷道里程的增加，暴露的煤體面積增多，范圍增大，瓦斯涌出量逐步增加，瓦斯?jié)舛纫搽S之上升。從S1301膠帶巷正頭往后每間隔20 m設(shè)定一個采樣點(diǎn)，對回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行測定，從S1301膠帶巷正頭至回風(fēng)口，瓦斯?jié)舛扔?.3%逐漸增大至0.5%。

掘進(jìn)施工過程中針對割煤期間、支護(hù)期間、設(shè)備檢修期間三個主要的施工環(huán)節(jié)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實(shí)地測量：割煤期間的瓦斯?jié)舛葹?.32%～0.6%，支護(hù)期間的瓦斯?jié)舛葹?.2%～0.35%，檢修期間瓦斯?jié)舛葹?.2%～0.3%。對比分析得出綜掘割煤期間的瓦斯?jié)舛茸罡摺Ｒ虼司C掘機(jī)割煤期間的瓦斯防治是整個掘進(jìn)作業(yè)過程中瓦斯防治的重點(diǎn)。

2 巷道綜合瓦斯治理技術(shù)

在巷道掘進(jìn)過程中，瓦斯主要來源于：煤壁瓦斯的涌出和綜掘機(jī)割煤期間的瓦斯涌出，有效的瓦斯治理是巷道快速掘進(jìn)的基礎(chǔ)保障。為此，古城煤礦在S1301工作面巷道掘進(jìn)中采取了以下措施。

2.1 有效的瓦斯抽采系統(tǒng)

1) 條帶預(yù)抽。在S1301膠帶巷開口位置正頭利用全液壓坑道鉆機(jī)打鉆抽放瓦斯，設(shè)計施工6個條帶預(yù)抽鉆孔，呈三花眼布置，鉆孔開口位置距底板距離分別為1.4 m、2.4 m；鉆孔傾角分別為(煤層傾角-0.5°)和煤層傾角；具體角度根據(jù)煤層傾角進(jìn)行調(diào)整，確保在煤層內(nèi)成孔；鉆孔水平間距1.5 m，鉆孔設(shè)計長度135 m，鉆孔孔徑94 mm。經(jīng)提前至少半年預(yù)抽后，瓦斯含量已降至7.5 m3/t，具備了巷道開口條件。

2) 邊掘邊抽。在S1301膠帶巷巷道左右兩側(cè)布置邁步鉆場，抽放掘進(jìn)巷道側(cè)面20 m范圍的煤體瓦斯，以降低巷道掘進(jìn)過程中煤體瓦斯涌出，鉆場設(shè)計尺寸為外寬6 m、內(nèi)寬4.5 m、深4.5 m、高4.5 m，呈等腰梯形。同側(cè)鉆場間距100 m，異側(cè)鉆場間距50 m。鉆場內(nèi)設(shè)計施工5個邊掘邊抽鉆孔，鉆孔開口位置距底板距離分別為1.4 m、1.9 m、2.4 m，鉆孔孔徑94 mm，具體鉆孔布置如圖1，鉆孔參數(shù)如表1。

圖1 邊掘邊抽鉆孔布置(mm)

表1 鉆場鉆孔參數(shù)

3) 長距離瓦斯釋放。在開掘鉆場的同時，在S1301膠帶巷正頭施工3個長距離瓦斯釋放孔，鉆孔開口位置距底板距離1.4 m，鉆孔傾角分別為(煤層傾角-0.5°)和煤層傾角，根據(jù)煤層傾角進(jìn)行調(diào)整，確保在煤層內(nèi)成孔；鉆孔水平間距0.6 m；鉆孔設(shè)計長度80 m；鉆孔孔徑94 mm。

2.2 穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)煤壁瓦斯涌出的負(fù)指數(shù)衰減規(guī)律，新暴露煤壁的瓦斯涌出量通常很大。按照風(fēng)量核定煤巷掘進(jìn)工作面必須安設(shè)雙風(fēng)筒供風(fēng)，保證工作面風(fēng)量需求。同時采用兩條巷道(S1301膠帶巷和S1301輔助運(yùn)輸巷)同時掘進(jìn)，巷道間距50 m，一條巷道進(jìn)風(fēng)一條巷道回風(fēng)，每隔200 m用聯(lián)絡(luò)巷貫通一次，形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)。及時前移局部通風(fēng)機(jī)，縮短工作面的回風(fēng)距離。

2.3 規(guī)范的現(xiàn)場施工工藝

根據(jù)割煤期間的瓦斯涌出量計算公式：瓦斯涌出量=采落煤體的瓦斯含量-采落煤體殘余瓦斯含量，可知一次采落的煤量越多，其瓦斯涌出量越大；在S1301膠帶巷割煤期間，巷道回風(fēng)流探頭瓦斯?jié)舛瘸^0.5%時，嚴(yán)格執(zhí)行“最短割煤時間管理”，即割煤1排(排距為1 m)不低于40 min，當(dāng)回風(fēng)流探頭瓦斯?jié)舛瘸^0.6%時立即停機(jī)，有效控制割煤的速度，減少一次落煤總量。

3 結(jié) 語

在高瓦斯條件下巷道的快速掘進(jìn)，要依據(jù)各個礦井的地質(zhì)條件、掘進(jìn)工藝、巷道的斷面尺寸以及機(jī)械裝備水平等條件的差異進(jìn)行綜合評價，以高效益、高效率等為衡量標(biāo)準(zhǔn)，不能僅僅局限在單進(jìn)水平上，而是瓦斯治理、工時利用、安全保障等因素的綜合。自從潞安集團(tuán)開始推行立標(biāo)對標(biāo)管理以來，以采掘完成指標(biāo)與標(biāo)桿值進(jìn)行對比來促進(jìn)采掘各項(xiàng)指標(biāo)更好更快完成。在古城煤礦現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，隨著施工作業(yè)人員技術(shù)水平的不斷提高，生產(chǎn)工藝經(jīng)過不斷改進(jìn)創(chuàng)新，在高瓦斯條件下巷道快速掘進(jìn)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了一定的高度。