近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术研究

近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术研究

王彬

（河南龙宇能源股份有限公司 陈四楼煤矿  河南永城  476600）

    摘  要：巷道掘进期间煤与瓦斯突出灾害都会存在，而突发地点大多发生在煤巷掘进掘进工作面，但是近煤层岩巷掘进突出也有可能发生。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。

关键词：煤矿；近煤层岩巷；掘进施工；防突技术

一、近煤层岩巷掘进系统的构成

当前煤矿岩巷综掘掘进施工管理过程中，施工单位、技术部门需要对现有的设备体系进行优化改良设计，革新现有的技术管理方法、技术管理规程，整个掘进系统包含轨道系统、皮带运输系统以及单轨吊安装运输系统，在此期间，工程单位、技术部门需要对其中的顶板及距煤层法距进行科学有效地管理控制，对其中的顶板和距待揭煤层法距进行重点管控，为此，相关专项人员需要结合专业的支护方式及有效的探煤管理从而确保巷道掘进期间的安全生产，提高施工管理效率及安全性。在大型矿井中，工程人员还需要考虑整个掘进工作期间的轨道运行、单轨吊及皮带运行期间的负荷问题，灵活设置相应的运输设施，并且对相关运输设施进行延长、优化。工程单位、技术部需要严格参照掘进距离的长短及巷道运行坡度，对相关掘进系统进行专项化地控制。

在对运输设施安装管理的过程中，工程单位、技术部门需要对巷道坡度、顶板管理以及近煤施工，防止误揭煤措施进行综合全面地考虑，可借助巷道掘进期间的超前探测及边探边掘，同时工程人员也需要对岩巷掘进期间煤层的瓦斯含量及瓦斯压力向结合来来提高巷道施工期间的安全生产。此外，锚杆支护也是在当前钻井以及掘进工作中不可缺少的关键技术，具体来说，在煤矿开采活动中，顶板是较为危险的区域之一，在此期间，工程单位、技术部门需要对锚杆支护技术进行科学有效地使用，完成相应的巷道喷浆及加固管控工作，可结合注浆锚杆在适应的位置灌注相应的浆液，增强加固性能。

二、近煤层岩巷掘进突出的危险性

    (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。
三、近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术
(一)预警技术

在煤矿开采过程中发生煤与瓦斯突出事故时，后果严重，危及职工的生命安全和集团单位财产，并危及整个社会的稳定。随着技术研究的不断深入、技术升级和实际需要，预警技术应运而生。通过应用这一技术，可以深入全面地了解煤层的赋存情况及瓦斯赋存等特殊实际情况，详细分析日常开采过程中的各种要素、影响，根据具体情况补充相应的判断，发布相应的预警结果，确保目前开采的安全和今后发展的主要趋势，并制定一套合理的预防措施，以减少安全事故的风险。

(二)工程型防突

现阶段，矿井产量不断增加，因此诱发的突出危险因素也逐渐增加，因此，必须考虑并采取工程防突措施，主要目的是降低掘进过程中的煤与瓦斯突出危险，并有效延长煤层瓦斯抽放时间，从而大大降低瓦斯突出，从而达到防止瓦斯突出的效果。

(三)钻场边掘边抽

在巷道掘进作业过程中，煤壁上将积聚大量瓦斯，若巷道掘进前经区域突出危险性预测为有突出危险，则采用巷道旁施工抽采钻场技术，选择适当的减压带，正确定位能够进行抽采功能的钻场。为了更好地阻止煤层瓦斯通过岩层裂隙涌出至巷道，可以根据实际情况对其进行喷浆处理，浆皮可以作为屏障。为了增强瓦斯抽采效果，待钻孔施工完毕后采用水力冲孔增透技术，增大煤层裂隙及瓦斯释放空间，使瓦斯能够更有效的进行抽采。该技术应用范围广泛，在瓦斯治理方面取得了良好的成果。
(四)安全型防突

水听器技术具有一定的优势和价值，更适合煤和煤气。应当指出，应根据高压流动的状况及时处理突出危险煤储层的影响，以避免孔直径增加。采取安全防御措施排放气体，实现媒体拆除和气体排放目标。对于煤炭企业来说，这种技术有助于平衡安全利益、经济利益和社会利益，减少煤尘，强调有效的安全预防和控制，以及控制挖掘率。此外，高压注水作业形式的实施可提前预留施工钻孔，可保证长距离作业，优化实践过程。

四、近煤层岩巷掘进防突实践

（一）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6.2m。在迎头测试煤层钻屑解吸指标Δh2最大值为420Pa，K1值为0.55mL（g·min1/2）-1，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，进而设计了石门近煤层岩巷瓦斯治理技术方案。

（二）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。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(Δh2、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。

（三）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抽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。

结束语

总而言之，煤矿安全是我国矿山生产中最需要重视的问题，特别是瓦斯爆炸事故，不仅会造成大量的人员伤亡，还会带来严重的经济损失，因此在矿山安全的工作中，矿山瓦斯治理及防治对矿山企业的长远发展有着及其重要的意义。


参考文献：
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[3]宋安玉.刍议近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术应用[J].大科技，2022，1：319-320.