淺析采煤工作面局部綜合防突措施方案設(shè)計

王凱強

（山西石港煤業(yè)有限責任公司，山西 左權(quán) 032600）

山西石港煤業(yè)主要開采15#煤層，煤層平均傾角為7°左右，平均厚度為7.18m，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。采煤工藝為普通綜采工藝，回采過程中采用分層開采方式。回采工作面均采用U型通風(fēng)，即進風(fēng)巷進風(fēng)、回風(fēng)巷回風(fēng)，同時在工作面15#煤層底板上方垂高35m左右，層位不得低于8.5倍采高的位置布置走向高抽巷。高抽巷在水平方向上與回風(fēng)巷的距離一般要小于工作面長度的三分之一。針對采空區(qū)的瓦斯，在煤層上方的巖層，一般為頂板巖層布置一條抽采巷來對采空區(qū)的瓦斯進行抽采。根據(jù)山西石港煤業(yè)地質(zhì)探測報告，可知15#煤層瓦斯相對涌出量為77.14 m3/t，并且曾發(fā)生過煤與瓦斯突出事故，為煤與瓦斯突出礦井。為保證15#煤層采煤工作面的安全回采，針對15#煤層采煤工作面煤與瓦斯突出防治進行了防突措施方案設(shè)計，以期達到有效防范煤與瓦斯突出災(zāi)害的目的。

1 工作面突出危險性預(yù)測

1.1 預(yù)測方法、指標及臨界值

根據(jù)山西石港煤業(yè)目前開采煤層測定的瓦斯基本參數(shù)和煤層賦存情況以及預(yù)測方法的熟練程度，利用鉆屑指標法[1]對山西石港煤業(yè)15#煤層采煤工作面煤與瓦斯突出進行預(yù)測。鉆屑指標法一般所采用的指標認定值為鉆屑量值，用符號S表示，還有鉆屑瓦斯解吸指標值，用符號K1表示。

為了能夠更好地對采煤工作面煤與瓦斯突出進行預(yù)測，一般根據(jù)所測的鉆屑指標法中鉆屑量S值和鉆屑瓦斯解吸指標值K1確定的安全臨界值來進行煤與瓦斯突出危險性預(yù)測，根據(jù)查閱山西石港煤業(yè)地質(zhì)勘察資料，發(fā)現(xiàn)15#煤并沒有對應(yīng)實際可靠的安全臨界值，因此通常在這種情況下為了能夠使安全臨界值擁有明確的參考值，一般需要參照相關(guān)規(guī)定[2]里給出的指標安全臨界值進行煤與瓦斯突出危險性的評估及預(yù)測，待有條件在實際工作中具體勘測到15#煤層煤與瓦斯突出指標并確定出臨界值之后再進行使用。依據(jù)規(guī)定給出的參考值如表1所示。

表1 指標安全臨界參照值

1.2 預(yù)測鉆孔布置

根據(jù)工作面實際情況進行預(yù)測孔布置，預(yù)測孔一般布置參數(shù)為：孔徑Φ42mm，孔深10m，每個預(yù)測孔之間的間距為15m。需要注意的是預(yù)測鉆孔應(yīng)該盡量在軟分層之中進行布置，如果在工作面巖層一定范圍內(nèi)存在地質(zhì)異常或者地質(zhì)構(gòu)造變化帶等異常情況，應(yīng)該在其附近適當增加預(yù)測鉆孔，避免發(fā)生預(yù)測結(jié)果不準確，導(dǎo)致之后回采工作中危險事故的發(fā)生。預(yù)測鉆孔布置的具體參數(shù)如圖1所示。

圖1 采煤工作面預(yù)測鉆孔布置示意圖

1.3 突出危險性預(yù)報

確定一個采煤工作面是否為煤與瓦斯突出的危險工作面，需要有一定的判定標準，這個標準一般為相關(guān)測試指標要小于給定的安全臨界值。但是為了進一步提高預(yù)測安全性系數(shù)，需要保證布置在采煤工作面中的任何一個鉆孔、任何一次測定結(jié)果以及任何一個指標值均小于參考的安全臨界值。如果有一個項大于或等于安全臨界值，都視為該工作面為突出危險工作面。只有當每一個項指標都小于臨界參考值時，才可以判定該工作面為無突出危險工作面。

如果有下列任何一種情況發(fā)生，都視為突出危險工作面。

（1）所采煤層賦存情況發(fā)生很大程度的變化，如煤層傾角、厚度以及走向等發(fā)生了很大變化或無規(guī)律性變化；

（2）采煤工作面進入復(fù)雜的地質(zhì)條件區(qū)域，如斷層、火成巖侵入以及褶皺地帶；

（3）地應(yīng)力變化異常區(qū)，如應(yīng)力疊加地帶、應(yīng)力松弛地帶等區(qū)域；

（4）采煤工作面出現(xiàn)明顯的突出預(yù)兆情況。

當預(yù)測結(jié)果表明工作面為突出危險工作面時，首先需要進行防突工作，然后再對防突措施效果進行有效檢驗。如果檢驗防突效果有效，則可以進行下一步工作；如果檢驗結(jié)果為防突措施無效，則需要對其進行補充防突措施，并再次對防突措施進行檢驗，直到檢驗效果為有效為止[3]。如果預(yù)測結(jié)果表明工作面為無突出危險工作面時，必須采取留設(shè)大于等于2m的超前距預(yù)測孔以及實施一定的安全保護工作的前提下，才可以進行工作面回采，否則不能進行回采工作。

2 工作面防突措施

在判定工作面為煤與瓦斯突出危險工作面后，要進行工作面防突工作，一般除了相關(guān)指標超標外，出現(xiàn)噴孔或者卡鉆等異常現(xiàn)象都視為危險工作面。根據(jù)15#煤層采煤工作面具體情況以及預(yù)測指標結(jié)果，15#煤層工作面可采用超前排放鉆孔[4]。

本設(shè)計將與預(yù)測指標超標鉆孔相鄰的兩個預(yù)測鉆孔之間的范圍和發(fā)生噴孔、卡鉆等突出預(yù)兆點兩側(cè)各15m范圍作為工作面防突范圍。超前排放鉆孔按照雙排三花眼布置，排距為2m，傾角為4°，每排16個超前排放鉆孔，共32個。在地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域應(yīng)該適當增加鉆孔數(shù)。采煤工作面超前排放鉆孔布置如圖2所示。

圖2 采煤工作面排放鉆孔平面布置示意圖

在煤層賦存狀況以及周圍巖層地質(zhì)條件未發(fā)生太大變化時，超前排放孔應(yīng)當均勻布置在可控范圍內(nèi)，如果是在煤層的軟分層中，可以適當增添排放孔的數(shù)量。當煤層賦存狀況以及周圍巖層地質(zhì)條件發(fā)生明顯變化時，應(yīng)當根據(jù)實際情況，對超前排放孔參數(shù)進行調(diào)整。在鉆孔施工完后，對所有排放鉆孔至少進行8h以上的排放工作，之后再對其進行措施效果檢驗。如果檢驗結(jié)果為所測參數(shù)大于等于安全臨界值或者有卡鉆、噴孔等一些突出預(yù)兆情況發(fā)生時，判定防突措施無效，必須實施相應(yīng)的補充防突措施，一直到所有指標均已降到安全臨界值之下且沒有其他突出預(yù)兆的情況發(fā)生為止。

3 措施效果檢驗

如圖3所示，防突措施檢驗鉆孔沿采煤工作面布置，一般其孔深要小于或等于超前排放鉆孔深度，孔徑42mm，孔間距為15m。其施工方面的其他指標按照防突預(yù)測的相關(guān)指標進行施工即可。

圖3 采煤工作面檢驗鉆孔布置示意圖

根據(jù)前文所述的判定方式，如果當檢驗結(jié)果為防突措施無效時，需要增加補防措施，直到相關(guān)指標小于安全臨界值為止。當檢驗結(jié)果措施有效后，當檢驗孔深度小于超前排放孔時，注意要保留有2m檢驗孔超前距，深度相等時沒有具體要求。但是兩種情況下都需要注意要留足防突措施超前距（正常地帶至少3m，地質(zhì)構(gòu)造帶至少5m）并采取安全防護措施后才可以實施回采作業(yè)[5]。

4 結(jié)論

山西石港煤業(yè)15#煤層采煤工作面存在煤與瓦斯突出問題，針對目前開采煤層測定的瓦斯基本參數(shù)和煤層賦存情況，15#煤層采煤工作面的突出預(yù)測方法采用鉆屑指標法，采用了超前排放鉆孔防突措施，并對防突措施效果進行了檢驗，為15#煤層工作面的安全回采提供了保障。