浅析近煤层岩巷掘进中的防治煤与瓦斯突出技术

浅析近煤层岩巷掘进中的防治煤与瓦斯突出技术

潘二龙

(淮北矿业集团许疃煤矿，安徽亳州 233529)

摘 要：本文分析了近煤层岩巷掘进突出的危险性，提出防突技术措施，结合近煤层岩巷掘进防突实例，验证防突措施的安全和有效性。

关键词：煤矿；近煤层岩巷；掘进施工；防突技术

引言:在煤矿中，煤与瓦斯突出灾害都会存在。而突发地点还大多发生在巷道的掘进工作面，尤其是近煤层岩巷掘进突出的可能性比较大。由于岩巷掘进过程中地质勘探程度较低和局部出现地质构造等原因，这使得原设计巷道顶(底)板距煤层法距较近，或巷道长距离穿煤、伴煤和与煤层相互交叉，若煤层的瓦斯含量较高，瓦斯压力较大，就很容易发生突出。所以，研究近煤层岩巷的形成原因和突出的危险性，对近煤层岩巷的安全快速掘进和预防突出意义重大。

1.近煤层岩巷掘进突出的危险性

1.1发生突出的条件。由于煤与瓦斯突出是瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多因素综合作用的结果，而其中地应力和瓦斯则是煤与瓦斯突出的动力，煤体的物理力学性质又是煤和瓦斯突出的阻力。它们是相互联系、相互制约的。较高的瓦斯压力和集中应力作用，也会加速煤体力学性质的突变，也会对瓦斯的流动和应力分布产生影响。近煤层岩巷突出条件可分为：①高瓦斯压力和集中应力，对周围煤、岩体有应力作用。因此，煤层集中应力区则是防突的重点。集中应力区距工作面较近时，最易发生突出现象。②突出区域容易大量瓦斯的积聚，周围煤岩体透气性又小，这也使得积聚的瓦斯无处泄露，进而形成较高的瓦斯压力(临界值0.74MPa)和瓦斯含量(临界值8m³/t)。③由于采动和放炮等因素影响，使得掘进工作面周围的煤岩体发生破坏，物理力学性质发生变化，强度也降低了，抵抗突出的能力自然减弱，工作面前方突出的危险性就增大了。

1.2突出危险性的特点。(1)危险性特点：①近煤层岩巷会伴随地质构造出现。局部地质构造控制着局部煤层的产状和瓦斯赋存，又可能伴生小构造，进而突出危险性加大。②近煤层岩巷距煤层法距较近，或巷道长距离穿煤、伴煤、与煤层相互交叉等原因，施工较复杂，煤层赋存又不稳定，使巷道数次穿煤，经历煤岩体的应力变化，这使煤岩体应力分布也不平衡了。(2)突出峰值：不同类型岩巷突出机理相同，突出危险大小不同。煤层在巷道下方时卸压区宽度最大，应力峰值均低于煤层在巷道上方和巷道长距离穿煤情况。受煤层自重影响，对煤与瓦斯突出起阻碍作用；煤层在巷道上方时，煤层受上覆岩层的作用明显，对突出有促进作用；巷道长距离穿煤时应力峰值最高，卸压区范围与煤层在巷道上方时基本相同，应力峰值距掘进面最近，易发生突出。因煤体存在暴露自由面，没有围岩应力的约束，瓦斯要到一定程度释放，突出的强度不会太大。(3)相对比较：同等地质环境下，煤层在巷道上方和在下方，近煤层岩巷不易发生突出。一旦发生突出，类似于石门揭煤，强度将远大于巷道长距离穿煤，且在上方时的突出危险性也较大。

2.近煤层岩巷掘进防突技术措施

2.1煤层赋存因素的影响。近煤层岩巷的形成主要是由于地勘失真、局部出现地质构造、煤层赋存不稳定和岩浆岩侵蚀等综合因素作用结果。掘进时在距离煤层法距20m处施工不少于5个有效探煤孔，应分布在迎头中心、顶部、底角和左右两帮，控制巷道轮廓线外8～12m，详细记录岩芯资料，绘制煤层预想剖面，探明前方有无地质构造；掘进至距煤层法距10m处，施工3～5个探煤孔，也要仔细记录，准确掌握煤层赋存状况和瓦斯情况，修正预想剖面，确定近煤层岩巷的种类，为选择防治方法做参考。

2.2区域防突技术措施。区域防突先行、局部防突补充，该原则必须坚持。不掘突出头、不采突出面。近煤层岩巷掘进时，还要坚持“边探边掘，不探不掘”的原则。掘进距煤层法距10m处，要取探煤孔中1～2个作测压孔。如果煤层瓦斯压力超过临界值(0.74MPa)，则具有突出危险性。这要根据近煤层岩巷类型、煤层赋存状况、地质条件和抽放设施等情况，采取施工合理的区域防突措施，待效果检验合格后再掘。

2.3局部防突技术措施。在区域预测煤层没有突出危险性时，掘进距煤层法距5～6m处，要进行工作面突出危险性预测(验证)。若预测煤层没有突出危险性，施工少量抽采钻孔，执行安全防护措施可继续掘进；若有突出危险性，则重新施工钻孔进行抽采，直至突出危险性消除。

3.近煤层岩巷掘进防突实践

3.1工程概况。根据某处近煤层岩巷掘进实践可知，煤层在巷道下方的近煤层岩巷，石门迎头与煤层垂距为4.2m。在迎头测试煤层钻屑解吸指标Δh₂最大值为420Pa，K₁值为0.55mL/(min^0.5·g)，均超过了临界值。打钻喷孔情况严重，存在煤与瓦斯突出的危险性。根据这种突出危险性特点，结合地质条件，进而设计了东翼轨道石门近煤层岩巷瓦斯治理技术方案。

3.2施工方法。按钻机施工能力和保护范围，将每一循环钻孔设计控制前方30m，留10m超前距，钻孔控制巷道轮廓线外8m范围。第一循环设计4排，每排钻孔8个，终孔间距3m。而第一排钻孔水平投影孔深4.9m；第二循环设计3排钻孔，第一排钻孔孔深水平投影11.3m（见图1）。前一循环的钻孔已对后一循环进行了控制，使掘进面前方卸压区向深部转移，所以第一排钻孔水平投影孔深远超过了理论上的卸压区长度，之后每循环均按第二循环钻孔进行施工。当探测巷道距煤层法距大于5m时，要加强地质构造探查，如果出现影响安全掘进的地质构造，应采取有效措施防治煤与瓦斯突出。值得注意的是：每一循环施工结束，要保证瓦斯排放时间。为加速瓦斯排放，可使用压风、水力冲孔等措施，将孔内的水、煤渣和部分煤体冲出，能缩短排放时间。排放结束后，在排放钻孔有效范围外施工不少于3个钻孔，测试瓦斯解吸指标(Δh

₂、K₁)与排放效果。每施工一个循环都要效果检验。超过临界值要补打排放钻孔，直至危险消除。

3.3施工效果检验。按此方案施工瓦斯排放孔，一个循环平均施工30个钻孔，再利用钻孔排放与水力冲孔配套技术，较短的时间内排放了瓦斯。每个循环排放瓦斯时间为1O～15d，经效果检验后再掘进。从效果检验可知，预测孔钻屑解吸指标大部分都超过临界值，部分预测孔出现喷孔、抱钻等动力现象，突出危险性较大。运用钻孔排放与水力冲孔配套技术后，很快就消除了突出危险，从而保障了安全快速的掘进施工。

结论：①近煤层岩巷容易伴随地质构造出现，而煤层多为缓倾斜或近水平煤层，巷距较长时突出危险性也较大。对于相同地质环境下，巷道长距离穿煤时，较另外两种典型近煤层岩巷更易发生突出，但强度小于它们。煤层在巷道上方和下方相比，在上方的突出危险性更大。②近煤层岩巷掘进防突过程可分为三个阶段，即：煤层赋存情况分析、区域防突和局部防突。③根据施工实例可知，煤层在巷道下方时，瓦斯的治理可运用钻孔预排和水力冲孔配套技术相结合的方式进行。注重施工方法和控制范围，可以较快的消除突出危险。经效果检验钻屑解吸指标合格后，仍能继续安全快速的掘进施工。

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