某礦3316 回風(fēng)順槽綜合防突分析

裴俊斌

（汾西礦業(yè)集團(tuán)賀西煤礦， 山西 柳林 033300）

某礦316 回風(fēng)順槽采用區(qū)域“四位一體”與局部“四位一體”相結(jié)合的綜合防突措施。該礦15 號(hào)煤層不具備開(kāi)采保護(hù)層條件，314 綜采工作面采用本煤層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的防突方法，現(xiàn)場(chǎng)管理有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，且抽采設(shè)備齊全可靠，因此，在區(qū)域防突時(shí)采用穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的防突方法[1-3]。結(jié)合本礦的設(shè)備及施工條件，確定鉆孔參數(shù)如下：鉆孔直徑113 mm、孔間距6 m、封孔8 m、抽放負(fù)壓-15～-30 kPa，預(yù)抽時(shí)間30 d。

1 工作面概況

1.1 工作位置及圍巖概況

316 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面主要是服務(wù)于316 工作面的安裝、回采、行人、通風(fēng)等；掘進(jìn)目的是形成316 采煤工作面生產(chǎn)及通風(fēng)系統(tǒng)。316 回風(fēng)順槽東為三采區(qū)回風(fēng)大巷保護(hù)煤柱，西為村莊保護(hù)煤柱，南為314 工作面（已回采），北為318 工作面（設(shè)計(jì)）。巷道沿3 號(hào)煤層掘進(jìn)，3 煤，黑色，性脆，易碎，以亮煤、鏡煤為主。其次為暗煤，絲炭少量，含有黃鐵礦晶粒，具條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造；煤層厚度穩(wěn)定。

1.2 工作面瓦斯含量

由于該礦目前施工巷道均沿3 號(hào)煤層布置，且在煤層巷道掘進(jìn)前均采用區(qū)域預(yù)抽瓦斯掩護(hù)掘進(jìn)，因此在煤與瓦斯突出鑒定期間無(wú)適合測(cè)定3 號(hào)煤層原始?jí)毫Φ攸c(diǎn)，只能測(cè)定區(qū)域預(yù)抽瓦斯后煤層殘存瓦斯壓力以供鑒定時(shí)參考。

根據(jù)3 號(hào)煤層的現(xiàn)階段開(kāi)拓開(kāi)采范圍，本次測(cè)定設(shè)計(jì)在314 進(jìn)風(fēng)順槽、316 進(jìn)風(fēng)順槽、318 回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷等五處施工5 組共10 個(gè)鉆孔測(cè)定3 號(hào)煤層瓦斯壓力。其中沿井田走向設(shè)計(jì)2 個(gè)鉆場(chǎng)，沿傾向設(shè)計(jì)3 個(gè)鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)各布置2 個(gè)測(cè)壓鉆孔。

實(shí)際施工時(shí)因318 回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷導(dǎo)線點(diǎn)3H7 處2個(gè)鉆孔報(bào)廢，而增加了314 進(jìn)風(fēng)順槽右?guī)偷? 個(gè)抽放瓦斯硐室內(nèi)2 個(gè)鉆孔，三采區(qū)皮帶大巷迎頭處2個(gè)鉆孔。測(cè)壓鉆孔孔徑為75 mm，鉆孔參數(shù)見(jiàn)下頁(yè)表1，封孔采用聚胺脂封孔技術(shù)。

鉆孔成孔后，首先用壓風(fēng)清洗鉆孔，然后插入帶有壓力表接頭的長(zhǎng)度35 m，直徑為15 mm 的鍍鋅測(cè)壓鐵管，測(cè)壓管每節(jié)長(zhǎng)度為2 m。封孔材料為聚胺脂和紗布。先將蘸滿速凝劑的紗布纏繞在測(cè)壓管上送入鉆孔，速凝劑迅速膨脹將30 m 處鉆孔封住，另安設(shè)一路15 mm 鐵管（或軟管）作為注漿管用，再利用注漿泵（或手動(dòng)注漿泵）向鉆孔內(nèi)注入封孔材料，直至鉆孔口，然后抽出注漿管（聚胺脂等封孔材料可邊注邊抽出注漿管）。

封孔第2 天上壓力表之前充入少許壓氣并用泡沫進(jìn)行檢漏和檢查封孔質(zhì)量，之后安裝壓力表，進(jìn)行觀測(cè)壓力表讀數(shù)，觀測(cè)時(shí)間30 d 以上。當(dāng)壓力表讀數(shù)連續(xù)3 d 以上保持穩(wěn)定時(shí)，則認(rèn)為壓力表讀數(shù)趨于穩(wěn)定。瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1 所示。

在施工第四組測(cè)壓鉆孔時(shí)（314 進(jìn)風(fēng)順槽切眼向停采線方向760 m 處），2 個(gè)測(cè)壓鉆孔均發(fā)生了較強(qiáng)的瓦斯噴孔動(dòng)力現(xiàn)象。

2 區(qū)域綜合防突

2.1 區(qū)域預(yù)測(cè)

316 回風(fēng)順槽掘進(jìn)面每80 m 為一預(yù)測(cè)地質(zhì)單位，每一區(qū)域至少布置3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)（間距30 m 左右），3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)分別布置在巷道右?guī)?5 m 和左幫5 m（與314 采空區(qū)間距5 m）范圍輪廓線內(nèi)，每一測(cè)試點(diǎn)采集1 個(gè)煤樣。如圖1 所示。測(cè)定煤體瓦斯含量，當(dāng)該值小于8 m3/t 時(shí)，判定該區(qū)域無(wú)突出危險(xiǎn)，然后才可進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證；當(dāng)該值不小于8.0 m3/t 時(shí)，判定該測(cè)點(diǎn)周圍半徑100 m 內(nèi)的區(qū)域有突出危險(xiǎn)，須采取區(qū)域防突措施。此外，在該區(qū)域施工鉆孔時(shí)，發(fā)生了鉆頭或鉆孔異常（如夾鉆、頂鉆、噴孔等）及其他明顯突出預(yù)兆時(shí)，判定該孔周圍半徑100 m 內(nèi)的區(qū)域有危險(xiǎn)。

表1 15 號(hào)煤層瓦斯壓力鉆孔位置、參數(shù)表及測(cè)試結(jié)果

圖1 區(qū)域預(yù)測(cè)鉆孔布置圖（m）

2.2 區(qū)域防突措施

由于316 回風(fēng)順槽不具備開(kāi)采保護(hù)煤層措施，為保證316 回風(fēng)順槽安全順利掘進(jìn)，需采取穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施。即在316 高位抽放巷內(nèi)向316 回風(fēng)順槽煤巷條帶施工下斜穿層瓦斯抽放鉆孔，在316 高位抽放巷內(nèi)每隔6 m 布置一組抽放鉆場(chǎng)，每組鉆場(chǎng)施工鉆孔5 個(gè)，具體布置如圖2 所示。

2.3 區(qū)域防突措施效果檢驗(yàn)

區(qū)域措施效果檢驗(yàn)選用直接測(cè)定法測(cè)定瓦斯含量指標(biāo)（W）進(jìn)行檢驗(yàn)，取樣鉆孔布置方式見(jiàn)表2。

1）當(dāng)取樣化驗(yàn)結(jié)果小于8 m3/t 且檢驗(yàn)期間在煤層中進(jìn)行鉆孔等作業(yè)時(shí)未出現(xiàn)噴孔、頂鉆及其他明顯突出預(yù)兆時(shí)，則效檢區(qū)域?yàn)闊o(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。

2）當(dāng)取樣化驗(yàn)結(jié)果大于等于8 m3/t 或在檢測(cè)施工鉆孔時(shí)，出現(xiàn)鉆頭或鉆孔異常（頂鉆、夾鉆、噴孔等），以及瓦斯涌出異常等煤與瓦斯突出征兆時(shí)則效檢區(qū)域?yàn)橥怀鑫ｋU(xiǎn)區(qū)[4-5]。有突出危險(xiǎn)性必須加大掘進(jìn)面鉆孔的抽采強(qiáng)度。抽采達(dá)標(biāo)后經(jīng)效果檢驗(yàn)判斷為無(wú)突出危險(xiǎn)。

圖2 區(qū)域措施鉆孔布置圖（m）

表2 區(qū)域校檢鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)及布置表

2.4 區(qū)域驗(yàn)證

區(qū)域驗(yàn)證前的準(zhǔn)備工作，需要打鉆孔探測(cè)觀察，一方面探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造，另一方面觀察有沒(méi)有突出征兆。區(qū)域驗(yàn)證沿用局部預(yù)測(cè)鉆孔，測(cè)定殘余瓦斯含量，鉆孔個(gè)數(shù)為3 個(gè)，分別布置在巷道兩幫和中部（見(jiàn)下頁(yè)圖3）。若果驗(yàn)證結(jié)果判定有突出危險(xiǎn)，或發(fā)現(xiàn)有突出預(yù)兆時(shí)，須立即采取局部防突措施；反之，若每個(gè)大循環(huán)第一次區(qū)域驗(yàn)證結(jié)果判定無(wú)突出危險(xiǎn)，也沒(méi)有突出預(yù)兆，則在防突和防瓦斯超限時(shí)，可采用本煤層短鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的方法，安全防護(hù)措施要及時(shí)跟進(jìn)，而且要把突出預(yù)測(cè)超前距留足，然后掘進(jìn)7.2 m。與第一次驗(yàn)證相同，若第二次驗(yàn)證無(wú)突出危險(xiǎn)，可掘進(jìn)21.6 m，依次類推，直至大循環(huán)掘進(jìn)完成。在區(qū)域驗(yàn)證時(shí)，只要有一次的結(jié)果判定有突出危險(xiǎn)，或者發(fā)現(xiàn)突出征兆，則該掘進(jìn)區(qū)域有突出危險(xiǎn)，以后的采掘作業(yè)都要采用局部綜合防突措施。

圖3 區(qū)域驗(yàn)證鉆孔布置示意圖（m）

3 局部綜合防突措施

3.1 預(yù)測(cè)孔的布置

掘進(jìn)期間預(yù)測(cè)孔的布置見(jiàn)圖3 所示，預(yù)測(cè)鉆孔參數(shù)見(jiàn)表3 所示。

表3 預(yù)測(cè)鉆孔參數(shù)表

3.2 工作面防突措施

316 回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面局部防突，采用本煤層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯的措施，抽采孔均勻分布，鉆孔平剖面圖如圖4、圖5 所示。一共布置三排鉆孔，第一排鉆孔距煤層底板100 mm，共布置8 個(gè)鉆孔；第二排鉆孔距煤層底板600 mm，共布置9 個(gè)鉆孔；第三排鉆孔距煤層底板1 200 mm，共布置8 個(gè)鉆孔。三排共布置25 個(gè)鉆孔，孔深13 m，具體布置參數(shù)見(jiàn)表4。

圖4 局部措施孔剖面圖

圖5 局部措施孔剖面圖

表4 抽放鉆孔布置參數(shù)

3.3 工作面防突措施效果檢驗(yàn)

沿用工作面預(yù)測(cè)鉆孔，測(cè)定臨界值（Smax和K1），小于臨界值，則工作面五突出危險(xiǎn)。掘進(jìn)時(shí)，必須采取安全防護(hù)措施。同時(shí)，巷道在掘進(jìn)中，必須預(yù)留措施孔超前距，超前距不少于5 m，此外，還要留有檢驗(yàn)孔超前距，超前距不少于2 m；如果預(yù)測(cè)結(jié)果判定

工作面有突出危險(xiǎn)，就必須施工局部密集淺孔，之后執(zhí)行工作面防突措施效果檢驗(yàn)。

4 消突效果檢驗(yàn)

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)指標(biāo)采用殘余瓦斯壓力（或殘余瓦斯含量），臨界值為0.74 MPa（或8 m3/t）。

當(dāng)任一測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果達(dá)到或超過(guò)臨界值時(shí)，判定該檢測(cè)區(qū)域有突出危險(xiǎn)，范圍為此測(cè)點(diǎn)周圍半徑100 m 內(nèi)的區(qū)域。

同時(shí)在施工檢測(cè)鉆孔的時(shí)候，出現(xiàn)了鉆頭或鉆孔異常（夾鉆、頂鉆、噴孔等）和瓦斯涌出異常等煤與瓦斯突出征兆時(shí)，檢測(cè)區(qū)域判定為有突出危險(xiǎn)區(qū)域，該區(qū)域的措施無(wú)效，該區(qū)域范圍為發(fā)生明顯突出預(yù)兆的位置周圍半徑100 m 內(nèi)的區(qū)域。

這里采用的指標(biāo)為殘余瓦斯壓力。

4.2 殘余瓦斯壓力測(cè)定

由314 進(jìn)風(fēng)順槽向316 回風(fēng)順槽煤巷條帶每隔30 m 布置一測(cè)點(diǎn)，共計(jì)54 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)壓鉆孔布置示意圖如圖6 所示。

圖6 測(cè)壓鉆孔布置示意圖

測(cè)壓鉆孔孔徑為75 mm，測(cè)壓采用快速測(cè)壓裝置進(jìn)行測(cè)壓。封孔第2 d 上壓力表之前充入少許壓氣并用皂沫進(jìn)行檢漏和檢查封孔質(zhì)量，之后安裝壓力表，進(jìn)行觀測(cè)壓力表讀數(shù)。當(dāng)壓力表讀數(shù)連續(xù)3 d以上保持穩(wěn)定時(shí)，則認(rèn)為壓力表讀數(shù)趨于穩(wěn)定。

4.3 消突效果檢驗(yàn)

首先施工測(cè)壓鉆孔的過(guò)程平順，沒(méi)有出現(xiàn)鉆頭和鉆孔異常，以及瓦斯涌出異常等煤與瓦斯突出征兆。其次，所有實(shí)測(cè)的瓦斯壓力均小于0.74 MPa，則本次評(píng)價(jià)范圍內(nèi)的316 回風(fēng)順槽條帶防突措施效果有效，如果任何一個(gè)檢驗(yàn)鉆孔的瓦斯壓力達(dá)到或超過(guò)了突出危險(xiǎn)的臨界值，則該區(qū)域消突措施無(wú)效，須采取措施，該區(qū)域的范圍為：此檢測(cè)點(diǎn)為圓心，向周圍延伸100 m。

檢驗(yàn)范圍內(nèi)的316 回風(fēng)順槽條帶殘余瓦斯壓力為0～0.2 MPa，瓦斯壓力下降0.5 MPa 左右，認(rèn)為工作面區(qū)域防突措施有效。

5 結(jié)論

由于鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯施工量大，施工時(shí)間長(zhǎng)，且過(guò)程中不可控因素較多（本巷道在掘進(jìn)過(guò)程中揭露了陷落柱，這很可能造成煤體卸壓、瓦斯涌出異常、甚至直接突出），這使得在采準(zhǔn)安排上較為困難，一般都會(huì)提早施工，這也使得人工成本較高。

此外，抽出的瓦斯?jié)舛炔豢煽兀袝r(shí)會(huì)降到30%以下，達(dá)不到運(yùn)用要求，在耗時(shí)耗工的情況下，抽出了不可用的氣體。造成這種情況的原因很多，抽采負(fù)壓調(diào)整不當(dāng)、鉆孔塌孔、管路密閉性不好、管理敷設(shè)路線過(guò)長(zhǎng)等，應(yīng)當(dāng)從這些方面加以改善。