武甲煤礦3 號(hào)煤層區(qū)域綜合防突措施研究

孫路鵬

（山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)晶鑫煤業(yè)股份有限公司，山西 晉城 048100）

煤與瓦斯突出是煤礦井下的重大自然災(zāi)害之一，近年來(lái)我國(guó)防突技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，但突出造成的安全事故仍時(shí)有發(fā)生，其中發(fā)生在煤巷掘進(jìn)工作面的突出更占到總數(shù)的60%以上[1-2]。因此對(duì)區(qū)域綜合防突措施的技術(shù)研究十分有必要[3]。本文通過(guò)對(duì)武甲煤礦3 號(hào)煤層區(qū)域綜合防突技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用，取得了良好的結(jié)果，對(duì)相似礦井的防突工作有一定的借鑒意義。

1 礦井概況

1.1 地質(zhì)條件

山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)晶鑫煤業(yè)股份有限公司武甲煤礦位于山西省陽(yáng)城縣北西部，溝谷及山梁發(fā)育，地形切割嚴(yán)重。武甲煤礦2012 年申請(qǐng)認(rèn)定為煤與瓦斯突出礦井，按突出礦井進(jìn)行建設(shè)，礦井生產(chǎn)能力為1.2 Mt/a，服務(wù)年限為28 a，目前開(kāi)采3 號(hào)煤層。

1.2 突出情況

武甲煤礦自2012 年礦井開(kāi)拓開(kāi)始，輔助回風(fēng)巷采用千米鉆機(jī)穿層鉆孔消突措施，安全掘進(jìn)長(zhǎng)度1300 m。在生產(chǎn)期間，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到57.39 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到31.63 m3/t。目前回采工作面為3104 工作面，在2020 年1 月完成抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判，但為了防止部分區(qū)域發(fā)生噴孔、頂鉆等突出預(yù)兆的現(xiàn)象，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行綜合防突措施治理顯得十分有必要。

2 區(qū)域防突措施

2.1 區(qū)域防突措施選擇

武甲煤礦3 號(hào)煤層上鄰近層為2 號(hào)煤層，下鄰近層為4 號(hào)、15 號(hào)煤層。由于2 號(hào)煤層、4 號(hào)煤層厚度不足0.1 m，屬于不穩(wěn)定的不可采薄煤層，不具備作為保護(hù)層的條件；15 號(hào)煤層距3 號(hào)煤層平均89.44 m，超出了保護(hù)層開(kāi)采的有效影響范圍，也不具備作為3 號(hào)煤層的下保護(hù)層的條件。因此，武甲煤礦在開(kāi)采3 號(hào)煤層時(shí)，在進(jìn)行區(qū)域性防突時(shí)只能采用預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)進(jìn)行治理，井巷揭煤區(qū)域、掘進(jìn)工作面和回采工作面的防突治理如下所述。

2.2 井巷揭煤區(qū)域防突措施

針對(duì)井巷揭煤工作面區(qū)域的防突工作，武甲煤礦采用穿層鉆孔預(yù)抽方式進(jìn)行防突，且鉆孔布置需滿足以下要求：

（1）穿層鉆孔應(yīng)保證在井巷揭煤處巷道輪廓線之內(nèi)的12 m 都是有效范圍，并保證有效范圍的最遠(yuǎn)處距巷道輪廓線的最短距離超過(guò)5 m。鉆孔施工難度較大，建議分段實(shí)施，具體布置如圖1。

圖1 井巷揭煤工作面區(qū)域防突措施鉆孔布置示意圖

（2）穿層預(yù)抽鉆孔應(yīng)當(dāng)均勻布置在整個(gè)預(yù)抽區(qū)域內(nèi)，且鉆孔做嚴(yán)密處理，封孔段長(zhǎng)度不得小于5 m。鉆孔孔底間距由煤層有效抽采半徑確定，當(dāng)抽采進(jìn)行22 d 時(shí)，該抽采半徑長(zhǎng)度將達(dá)到1.5 m，即鉆孔孔底間距取3 m。

2.3 本煤層工作面區(qū)域防突措施

（1）輔助回風(fēng)巷掘進(jìn)區(qū)域防突措施

在輔助回風(fēng)巷掘進(jìn)工作面形成全風(fēng)壓系統(tǒng)后，施工孔徑為Φ96 mm 定向鉆機(jī)鉆場(chǎng)，水平投影孔深為320 m，終孔間距為6 m。區(qū)域防突措施的鉆孔應(yīng)當(dāng)控制巷道兩側(cè)輪廓線外各15 m，鉆孔均勻布置，保證沒(méi)有空白區(qū)域，封孔長(zhǎng)度不小于8 m。布置方式如圖2。

圖2 輔助回風(fēng)巷定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯防突措施示意圖

（2）定向順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯區(qū)域防突措施

武甲煤礦為生產(chǎn)礦井，利用工作面順槽向未采區(qū)域即下一個(gè)工作面方向施工順層預(yù)抽鉆孔預(yù)抽未采區(qū)域煤層瓦斯。預(yù)抽鉆孔使用定向鉆機(jī)施工，長(zhǎng)度為穿過(guò)整個(gè)工作面并覆蓋下一個(gè)工作面順槽輪廓線外15 m，鉆孔垂直下一個(gè)工作面順槽方向，水平投影孔深約為255 m（工作面長(zhǎng)約200 m，順槽寬約5 m×2，煤柱約30 m），鉆孔直徑Φ96 mm，設(shè)計(jì)終孔間距為6 m，鉆孔均勻布置，封孔長(zhǎng)度不小于8 m。布置方式如圖3。

圖3 區(qū)段煤層瓦斯區(qū)域防突措施鉆孔布置示意圖

（3）工作面順槽區(qū)域防突措施

針對(duì)尚未進(jìn)行區(qū)域防突措施的煤巷掘進(jìn)工作面，將定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯措施作為區(qū)域防突措施。在掘進(jìn)工作面迎頭施工定向鉆機(jī)鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)施工主孔、分支孔孔徑均為Φ96 mm的定向長(zhǎng)鉆孔，水平投影孔深為320 m，終孔間距為6 m，鉆孔均勻布置，保證沒(méi)有空白區(qū)域。布置方式如圖4。

圖4 工作面順槽掘進(jìn)區(qū)域防突措施鉆孔布置示意圖

（4）回采工作面區(qū)域防突措施

針對(duì)尚未進(jìn)行區(qū)域防突措施的回采工作面，設(shè)計(jì)采用順層鉆孔預(yù)抽回采工作面區(qū)域瓦斯，且優(yōu)先選擇定向鉆孔施工。利用已掘進(jìn)完成的工作面切眼和順槽，在切眼向工作面方向施工定向長(zhǎng)鉆孔，鉆孔長(zhǎng)度為300～500 m，鉆孔孔徑為Φ96 mm，終間距為6 m，鉆孔均勻布置，保證整個(gè)工作面不存在空白區(qū)域。布置方式如圖5。

圖5 回采工作面區(qū)域防突措施鉆孔布置示意圖

3 區(qū)域防突效果

根據(jù)預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)和殘余瓦斯含量值是檢驗(yàn)煤礦區(qū)域防突措施效果最佳指標(biāo)。其中，井巷揭煤工作面選用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)，采掘工作面選用殘余瓦斯含量。

3.1 井巷揭煤工作面防突效果檢驗(yàn)

井巷揭煤工作面采用穿層預(yù)抽孔，選用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法進(jìn)行防突效果驗(yàn)證。分別從工作面向煤層的頂部、底部和兩側(cè)打4 個(gè)鉆孔，鉆孔每鉆進(jìn)1 m 時(shí)，采集一次于孔口處所排出的煤屑，所選煤屑顆粒尺寸控制在1～3 mm 之間。在對(duì)煤屑測(cè)定其瓦斯解吸指標(biāo)K1值后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的K1均小于臨界值，即干煤樣K1＜0.5 ml/(g.min1/2)、濕煤樣＜0.4 ml/(g.min1/2)，證明該工作面驗(yàn)證為無(wú)突出危險(xiǎn)工作面。

3.2 煤巷掘進(jìn)工作面防突效果檢驗(yàn)

武甲煤礦煤巷掘進(jìn)工作面均采用定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯，其中輔助回風(fēng)巷為單巷掘進(jìn)，工作面順槽和切眼均為雙巷掘進(jìn)，因此設(shè)計(jì)針對(duì)這兩種情況分別設(shè)計(jì)檢驗(yàn)方法。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，煤層殘余瓦斯含量W殘＜8 m3/t（構(gòu)造帶W＜6），同時(shí)各檢驗(yàn)孔在鉆進(jìn)時(shí)未產(chǎn)生噴孔、頂鉆或其他突出預(yù)兆的現(xiàn)象，表明掘進(jìn)工作面區(qū)域防突措施應(yīng)用有效，無(wú)突出危險(xiǎn)。

3.3 回采工作面防突效果檢驗(yàn)

武甲煤礦回采工作面采用殘余瓦斯含量指標(biāo)對(duì)回采工作面區(qū)域防突措施效果進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)于煤層變厚區(qū)域，增加一組區(qū)域措施效果檢驗(yàn)孔。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的煤層殘余瓦斯含量W殘＜8 m3/t（構(gòu)造帶W＜6），同時(shí)各檢驗(yàn)孔在鉆進(jìn)時(shí)未產(chǎn)生噴孔、頂鉆或其他突出預(yù)兆的現(xiàn)象，表明回采工作面區(qū)域防突措施應(yīng)用有效，無(wú)突出危險(xiǎn)[4]。

4 結(jié)論

武甲煤礦根據(jù)礦井條件并參考相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，采用預(yù)抽煤層瓦斯作為區(qū)域性防突措施。在抽采完成后，分別利用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)和殘余瓦斯含量作為防突指標(biāo)，并得出以下結(jié)論：

（1）當(dāng)突出煤層不具備保護(hù)層開(kāi)采條件時(shí)，選擇預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)作為區(qū)域性防突措施可以起到很好的防突效果。

（2）在鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯時(shí)，應(yīng)注意鉆孔的排列和數(shù)量，保證整個(gè)工作面不存在空白區(qū)域。

（3）在井巷揭煤工作面選用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)，采掘工作面選用殘余瓦斯含量作為檢驗(yàn)指標(biāo)，實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，各區(qū)域K1值與W殘值均小于臨界值，表明防突效果良好，無(wú)突出危險(xiǎn)性。