掘進(jìn)工作面的瓦斯治理及防突措施

閆海兵

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司 大陽(yáng)煤礦分公司，山西 晉城 048000）

煤礦安全如何有效防治瓦斯是煤礦安全工作的重中之重[1-4]。某礦屬煤與瓦斯突出礦井，現(xiàn)采3號(hào)煤層；2012年2月5日3時(shí)許，3203工作面切槽、采垛完成6 m時(shí)，工作面迎頭左側(cè)清煤即將結(jié)束時(shí)，工作面突發(fā)瓦斯超限，最大瓦斯?jié)舛?.65%，超限時(shí)間3′04″；工作面回風(fēng)瓦斯最大濃度為7.55%，持續(xù)時(shí)間2′40″。掘進(jìn)工作面瓦斯的突然超限，影響了礦井的正常生產(chǎn)作業(yè)，嚴(yán)重威脅著井下人員的健康安全，亟須及時(shí)采取措施治理瓦斯突出超限。

1 瓦斯超限的現(xiàn)場(chǎng)狀況及其原因分析

圖1 迎頭后方3 m處小斷層構(gòu)造圖

1）瓦斯超限現(xiàn)場(chǎng)狀況。事發(fā)時(shí)，3203工作面迎頭左下角軟煤分層出現(xiàn)孔洞，孔口呈扁平橢圓形，迎頭左下角堆有2.1 m×3.6 m×0.5 m的軟煤，軟煤層厚度為0.6~0.8 m?？锥瓷戏矫罕谟谢茦?gòu)造面，迎頭3.0 m處的巷道頂煤發(fā)現(xiàn)小斷層，見(jiàn)圖1。巷道頂部、左邦均見(jiàn)連續(xù)的斷層面跡線(xiàn)，右?guī)蛿鄬用孥E線(xiàn)在巷高中部消失；沿巷頂斷層面跡線(xiàn)，巷道頂部出現(xiàn)約1.5 m×0.5 m×0.3 m的冒頂區(qū)，距3203掘進(jìn)工作面以東30 m的3202掘進(jìn)工作面迎頭，距23橫貫30 m；迎頭斷面底部軟煤發(fā)育，厚度1.0 m，軟煤中間有0.1 m厚的夾矸，夾矸上部軟煤呈層片狀，手捏即碎；夾矸下面軟煤呈顆粒狀。

2）瓦斯超限的原因分析。事發(fā)后，技術(shù)人員及時(shí)分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查、詢(xún)問(wèn)員工、查詢(xún)資料和技術(shù)分析，初步確定了瓦斯超限事故發(fā)生的原因：①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)孔洞形狀及粉煤堆積情況分析，3203掘進(jìn)工作面瓦斯超限是由于掘進(jìn)巷道集中應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力疊加，導(dǎo)致掘進(jìn)面煤層底部的軟煤分層突然壓出，其中瓦斯迅速釋放出來(lái)。②應(yīng)力集中形成的原因：一是軟煤壓出地點(diǎn)附近有小斷層和滑移構(gòu)造，煤層中有構(gòu)造應(yīng)力；二是3203面滯后于3202面6 m左右，3202工作面超前掘進(jìn)后，造成3203工作面迎頭煤體應(yīng)力增高；三是3203工作面采用連采機(jī)掘進(jìn)，當(dāng)班進(jìn)尺6 m，較快掘進(jìn)速度導(dǎo)致工作面前方煤體應(yīng)力集中地點(diǎn)距迎頭太近，加之巷道開(kāi)挖后頂板未能及時(shí)支護(hù)，空頂距達(dá)7.0 m，造成工作面前方煤體應(yīng)力集中程度加大；工作面掘進(jìn)產(chǎn)生的集中應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力疊加，更加劇了迎頭周邊煤體的應(yīng)力集中程度，從而導(dǎo)致掘進(jìn)工作面煤層底部的軟煤分層突然壓出。③軟煤被突然壓出后，應(yīng)力得以迅速釋放，透氣性大幅增加，煤中瓦斯快速釋放涌入巷道，導(dǎo)致風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛瘸蕖?/p>

2 瓦斯超限的治理措施及其效果

1）瓦斯超限的治理措施。①加強(qiáng)區(qū)域瓦斯預(yù)抽工作，特別是加強(qiáng)3203工作面底部軟煤中的瓦斯抽采，降低工作面的瓦斯?jié)舛?。綜掘機(jī)掘進(jìn)工作面最下部一排鉆孔，布置在從軟煤分層底部起30 cm的高度內(nèi)，第二排鉆孔開(kāi)始以上一排鉆孔中心為起點(diǎn)，每相距20cm布置一排鉆孔，見(jiàn)圖2。②3202工作面的超前掘進(jìn)造成3203工作面迎頭煤體應(yīng)力增高，因此在排放外瓦斯的同時(shí)必須對(duì)3203工作面的頂板及時(shí)支護(hù)，縮短空頂距，分散前方煤體的集中應(yīng)力，減少煤層底部軟煤層被壓出的可能性。③軟煤層的卸壓導(dǎo)致瓦斯涌向巷道，當(dāng)瓦斯抽放一段時(shí)間后，利用錨桿支護(hù)軟煤層，每排打設(shè)5根22 mm×2 400 mm左旋無(wú)縱筋螺紋鋼錨桿，幫錨桿間距800 mm，排距900 mm。

圖2 3203工作面底部軟煤瓦斯排放鉆孔簡(jiǎn)圖

2）治理措施的效果分析。為了檢測(cè)治理效果，排放瓦斯4 h后，在3203工作面及瓦斯超限區(qū)域鄰近層的3201面和3202面附近按軟煤層厚度每排布置4個(gè)防突檢測(cè)孔，孔間隔6 m左右，檢測(cè)孔采用76 mm鉆頭施工至瓦斯排放孔要的求深度。采用K1值對(duì)防突的效果檢驗(yàn)（如表1所示），驗(yàn)證指標(biāo)臨界值為

表1 工作面瓦斯?jié)舛闰?yàn)證指標(biāo)

從表1可知，3201和3202面的K1值和S值較低，表明此區(qū)域未發(fā)生瓦斯超限，而3203面的K1值偏高，但在臨界值以下，表明3203面的瓦斯?jié)舛雀哂?201和3202面的瓦斯?jié)舛龋蠈?shí)際情況；但采用措施治理瓦斯超限后，3203掘進(jìn)工作面的瓦斯?jié)舛纫呀?jīng)低于臨界值，3203掘進(jìn)工作面的瓦斯超限已經(jīng)得到有效治理。

3 結(jié)束語(yǔ)

3203掘進(jìn)工作面的瓦斯突然超限，影響了礦井的正常生產(chǎn)作業(yè)，故在確認(rèn)瓦斯超限原因的基礎(chǔ)上，采取了加強(qiáng)區(qū)域瓦斯預(yù)抽、及時(shí)支護(hù)3203工作面的頂板與軟煤層卸壓區(qū)等措施治理，并利用K1值和S值進(jìn)行了治理效果檢驗(yàn)，表明了3203掘進(jìn)工作面的瓦斯超限得到有效治理。

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