淺談掘進(jìn)工作面防突措施的運(yùn)用

王記虎

摘 要:作為煤炭開采過程中可能發(fā)生的一種極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象,煤與瓦斯突出能在短時(shí)間內(nèi)給煤礦作業(yè)安全帶來極大的威脅。一旦突出發(fā)生,治理工作將非常復(fù)雜并伴有極高的風(fēng)險(xiǎn),因此必須從煤與瓦斯突出的形成及其影響因素出發(fā),對(duì)其進(jìn)行充分測(cè)控和預(yù)防。本文分析了影響煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的各個(gè)因素,并以此為基礎(chǔ)介紹了超前排放鉆孔和中高壓注水等防突技術(shù)的應(yīng)用方法,介紹防突措施的落實(shí),提高礦井生產(chǎn)的安全性。

關(guān)鍵詞:煤巷掘進(jìn)煤與瓦斯突出防突措施

中圖分類號(hào):TD7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-198X(2012)05(c)-0058-01

1 煤與瓦斯突出對(duì)煤巷掘進(jìn)的影響

1.1 煤與瓦斯突出的危害

作為煤炭開采過程中可能發(fā)生的一種極其復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象,煤與瓦斯突出能在短時(shí)間內(nèi)向掘進(jìn)中的巷道噴出大量煤屑與瓦斯,并同時(shí)產(chǎn)生一定的動(dòng)力效應(yīng),噴出的瓦斯能逆風(fēng)流動(dòng),充斥在千余米的巷道內(nèi),給煤礦作業(yè)安全帶來極大的威脅。由于礦井作業(yè)環(huán)境特殊而復(fù)雜,一旦突出形成,治理起來將非常困難,且伴有巨大的風(fēng)險(xiǎn),因此,必須在礦井生產(chǎn)過程中,特別是在工作面掘進(jìn)環(huán)節(jié)對(duì)突出現(xiàn)象予以重點(diǎn)防治,杜絕可能發(fā)生的安全問題。

1.2 影響煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的因素分析

煤與瓦斯突出現(xiàn)象是由煤層瓦斯、地應(yīng)力以及煤體結(jié)構(gòu)等共同作用的結(jié)果,因此決定其危險(xiǎn)性的因素也很復(fù)雜,地質(zhì)構(gòu)造在突出的發(fā)生中起著控制作用,而地應(yīng)力則是突出的主要?jiǎng)恿δ茉础Ｒ缘刭|(zhì)構(gòu)造因素為例,形成于成煤后期構(gòu)造作用的褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的分布及其條件具有分區(qū)的指示作用,斷層的性質(zhì)、延伸長(zhǎng)度、落差大小及瓦斯的賦存量也都有其具體的影響,因此不同構(gòu)造的突出危險(xiǎn)程度也有明顯的差異。

2煤巷掘進(jìn)作業(yè)中綜合防突技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院所作《開灤煤業(yè)集團(tuán)公司趙各莊礦13水平煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性區(qū)域劃分評(píng)價(jià)報(bào)告》中結(jié)論,我礦13水平9煤層屬于煤與瓦斯突出煤層,西翼主井保護(hù)煤柱至3道半石門之間為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)。

2.1 開采解放層措施分析

《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第四十條區(qū)域防突措施應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用開采保護(hù)層。由于趙礦屬于煤層群開采,該區(qū)域?qū)儆趦A斜煤層,該區(qū)域主要可采煤層為第9,12煤層。９煤層位于12煤層上方,并且與12煤層之間的距離為28～40m,平均32m。符合開采下保護(hù)層有效垂距<100米的規(guī)定。首先開采下覆12煤層,然后再進(jìn)行9煤層的采掘作業(yè)。開采保護(hù)層12煤層后,在被保護(hù)９煤層中受到保護(hù)的地區(qū)按無(wú)突出煤層進(jìn)行管理。(表1)

2.2 超前排放鉆孔防突措施分析

根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院所定該開采區(qū)域9煤層為無(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)域,按照在未受到保護(hù)(開采解放層)的地區(qū),采取防治突出措施。為減弱掘進(jìn)前方的煤體壓力以達(dá)到防突目的,在工作面前方煤體打超前排放鉆孔(孔徑75～120mm)并保留5米超前距離,釋放煤體(瓦斯)壓力。瓦斯涌出量較小時(shí)可選取較輕便易操作的架柱式鉆機(jī),以提高工效,在瓦斯壓力較大區(qū)域,選擇使用液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)(孔徑94mm),以避免卡鉆、夾鉆等現(xiàn)象的發(fā)生。鉆孔嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的方位和坡度施工,以確保巷道瓦斯的排放半徑。根據(jù)兩幫預(yù)測(cè)指標(biāo),指標(biāo)較小處煤體應(yīng)先施工,指標(biāo)較大處煤體后施工,以有效減少卡鉆和夾鉆的次數(shù)。液壓鉆機(jī)鉆至5～8m處時(shí),瓦斯壓力處于高峰值,經(jīng)常發(fā)生噴孔和卡鉆現(xiàn)象,因此此時(shí)多旋轉(zhuǎn)加水排煤粉,以稀釋瓦斯?jié)舛?。通過采取超前排放鉆孔防突措施發(fā)現(xiàn),超前排放鉆孔防突措施目前在工作面掘進(jìn)中的應(yīng)用最為廣泛,但存在效率低、占用時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn),嚴(yán)重影響掘進(jìn)進(jìn)度,在突出危險(xiǎn)性小,掘進(jìn)進(jìn)度慢的礦井比較實(shí)用,在高突環(huán)境作業(yè)中常被中高壓注水防突技術(shù)取代。

2.3 中高壓注水防突措施分析

2.3.1 中高壓注水防突措施的工作原理

中高壓注水是指向煤體內(nèi)部鉆深孔并注入高壓水使煤體變得濕潤(rùn)和疏松,從而改變其力學(xué)性質(zhì),達(dá)到瓦斯釋放和煤體卸壓的防突目的。當(dāng)注水速度大于煤體對(duì)水分的吸收速度時(shí),工作面前方煤體中原有的裂隙擴(kuò)大,并產(chǎn)生了新的裂隙,煤層的透氣性因而增大。卸壓帶向深部延長(zhǎng),集中應(yīng)力帶變得平緩并向深部推移。同時(shí)煤體的塑性隨其濕潤(rùn)程度而增加,瓦斯釋放的速度和突出的危險(xiǎn)都有所降低,工作面煤塵也得到了良好的控制。在注水的同時(shí),還應(yīng)對(duì)煤巷兩幫瓦斯進(jìn)行預(yù)抽放,這一方法不但降低了巷道兩幫及工作面前方的瓦斯壓力,同時(shí)可使煤層結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的變化,導(dǎo)致煤層透氣性上升、地應(yīng)力下降,隨著注水產(chǎn)生的加速應(yīng)力集中帶向煤體深處的擴(kuò)展,瓦斯突出的危險(xiǎn)性也沿巷道的一定寬度范圍內(nèi)得到了控制。

2.3.2 中高壓注水防突措施的布置方法

具體的綜合防突措施可根據(jù)生產(chǎn)煤層的賦存特點(diǎn),將中高壓注水技術(shù)與邊掘邊抽的防突方法適度結(jié)合,在掘進(jìn)循環(huán)開始前進(jìn)行。在巷道正頭布置注水鉆,鉆孔3～5個(gè),控制掘進(jìn)工作面前方有突出危險(xiǎn)的煤體。注水孔孔口位應(yīng)設(shè)置在硬煤中,終孔點(diǎn)落至軟煤分層。鉆孔方向沿巷道軸線方向,以免破壞兩幫抽放鉆孔。注水孔孔徑42mm,孔深8m；封孔深度3m；注水壓力根據(jù)煤層埋藏深度及煤體堅(jiān)固性系數(shù)確定,一般選擇10MPa～12MPa。在突出危險(xiǎn)性較大掘進(jìn)工作面中可在巷道兩幫交錯(cuò)開挖鉆場(chǎng),鉆場(chǎng)間隔40m,鉆場(chǎng)內(nèi)布置鉆孔6個(gè),單孔深度40m～50m,控制巷道前方及外圍5m煤體范圍,進(jìn)行抽放,降低掘進(jìn)巷道前方煤體瓦斯含量。采用液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)打鉆,孔徑75mm,水力沖孔結(jié)合風(fēng)力沖孔排出煤粉。外緣埋管后封孔,封孔后與瓦斯抽放管路聯(lián)接進(jìn)行抽放。巷道掛耳抽放一般在煤層相對(duì)較硬、透氣性較好的礦井實(shí)行,效果較好。通過對(duì)掘進(jìn)面實(shí)施掛耳抽放,可檢測(cè)到煤體突出指標(biāo)大幅度下降,保護(hù)巷道快速掘進(jìn)。

2.3.3 中高壓注水防突措施的效果分析

實(shí)踐表明,綜合防突技術(shù)的應(yīng)用不但使瓦斯涌出量明顯降低,也提高了巷幫瓦斯的抽放量,同時(shí)使煤體濕潤(rùn),大大降低了煤塵等對(duì)工作面作用的影響,通過注水,煤體的電磁輻射強(qiáng)度與脈沖數(shù)均呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢(shì)。此外,注水防突也可能導(dǎo)致頂板出現(xiàn)一定的位移,其原因是隨著水流不斷破壞卸壓帶以內(nèi)煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu),并攜帶大量游離瓦斯在煤體裂隙間流動(dòng),使一部分孔裂隙閉合,近工作面煤體受擠壓影響發(fā)生蠕動(dòng)變化,結(jié)構(gòu)疏松煤體發(fā)生垮落,結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密煤體則煤壁出現(xiàn)微小位移,出現(xiàn)頂板下沉,頂?shù)装逡平吭黾拥默F(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,作為保證掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)的工作重點(diǎn)之一,綜合防突技術(shù)的應(yīng)用既應(yīng)做到穩(wěn)定、可靠,又應(yīng)考慮本井田的煤層特性與實(shí)際瓦斯分布情況。在適宜的環(huán)境中,也可以將超前排放鉆孔措施與中高壓注水技術(shù)結(jié)合使用,在降低煤體瓦斯壓力的同時(shí),消除煤塵對(duì)工作面的危害。

參考文獻(xiàn)

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