揭煤前的区域综合防突技术研究探讨

摘要：某煤矿是按突出矿井管理的新建矿井，按照《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，开拓过程中的揭煤作业，必须采取区域综合防突措施并达到要求指标。2010年9月某煤矿主井揭煤前的区域综合防突措施已经全部实施完毕，经区域验证取得了预期效果，保证揭煤作业的顺利进行。本文结合某煤矿的实际做法，深入研究井筒揭煤前的区域综合防突技术。

关键词：新建井筒揭煤区域综合防突技术研究

1 引言

1.1煤与瓦斯突出是一个困扰煤矿生产安全的顽疾，近些年来的特大型矿难，多数是煤与瓦斯突出造成的。目前我国的井工煤矿开采深度逐步增加，突出矿井逐渐增多，为此，国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局制定了《防治煤与瓦斯突出规定》并于2009年8月1日起施行。《防治煤与瓦斯突出规定》规定防突工作坚持区域防突措施先行，局部防突措施补充的原则；经评估为有突出危险煤层的新建矿井建井期间所有揭煤作业，必须采取区域综合防突措施并达到要求指标。区域综合防突措施的实施，能够大范围的保护施工地点的安全，有效的杜绝井筒开拓的盲目性和局部防突的局限性。

1.2区域防突措施是指在突出煤层进行采掘前，对突出煤层较大范围采取的防突措施。区域防突措施包括开采保护层和预抽煤层瓦斯2类。开采保护层对于新建矿井来说是不存在的条件，新建矿井的区域防突只能采用预抽煤层瓦斯的措施来解决。

1.3预抽煤层瓦斯可采用的方式有：地面井预抽煤层瓦斯，井下穿层钻孔预抽煤层瓦斯，井下顺层钻孔预抽煤层瓦斯等。新田煤矿是新建矿井，煤层埋深达400米以上，使用地面井预抽煤层瓦斯经济不合理，技术不成熟；使用井下穿层钻孔预抽煤层瓦斯，比较经济，技术上也比较可靠。

2 工作面概况

2.1巷道布置

主斜井井口标高+1234m，井筒倾角14°45′，采用半圆拱形断面，断面净宽4.4m，净断面14.6m2，斜长1469m。副斜井井口标高+1234m，井筒倾角17°30′，采用半圆拱形断面，断面净宽4.8m，净断面17.2m2，斜长1235m。回风斜井井口标高+1271m，井筒倾角20°，采用半圆拱形断面，断面净宽5.0m，净断面18.3m2，斜长1181m。

2.2煤层及煤层顶底板

首采的4#煤层为全区可采煤层，煤层厚1.24～5.83m，平均2.79m，全部可采，属较稳定偏稳定型煤层，是本区的主采煤层。煤层结构较简单，含夹矸0～3层，多为0～1层，东、西两端夹矸层数增多（2层）夹矸为泥岩、炭质泥岩，厚度0.08~0.68m。煤层顶板一般为泥质粉砂岩，局部为泥岩或粉砂岩，底板为泥岩，富含植物根部化石。

2.3构造说明

某矿井区内构造形态为次一级缓倾斜褶曲。地层总体走向NE，倾向以NW和SE为主，局部地段（转折端附近）为SW或NE。地层倾角较缓，一般为5-10 o；断层附近倾角常变陡，局部可达10-21 o。井田内，次一级褶曲和断层均有发育，构造复杂类型为中等。4#煤层的富煤带在201-302-B405-J402-502孔一线，呈NE向条带状，煤厚一般3~4m。由该带向NW和SE，煤层均逐渐变薄。煤层总体呈单斜构造赋存，煤层走向60o～80o，倾角8o～10o，平均8o左右。无大的断裂构造，构造条件较简单。

2.4瓦斯及煤尘

根据《新建井田煤炭勘探地质报告》，本矿井瓦斯采样钻孔共19个，经测定4#煤层原煤瓦斯含量为8.82~23.99m3/t，平均为14.55m3/t。4号煤层常夹软煤分层（呈粉未状），在勘探过程中，部分钻孔（如308、J301、J302、B406等）钻进至4号煤层时，发生过瓦斯涌出、软煤分层（粉煤）“喷泻”、垮塌及顶钻具现象，井下瓦斯压力较大，因此按煤与瓦斯突出设计。

根据《新建新田井田煤炭勘探地质报告》，井田内共采煤尘爆炸样41件。试验结果，其火焰长度及岩粉均为“0”，全区均属无爆炸性煤层。

2.5巷道支护形式

根据地质资料，巷道顶板岩层基本稳定，压力不大，巷道设计直墙半圆拱形，锚网喷支护，喷厚度120mm。若遇到破碎带，采用锚网+架棚喷射混凝土支护。

3 新田煤矿井筒揭煤总体技术方案

按照新建煤矿三条井筒掘进进度及地层编录和地质预测，主斜井将比其它两个井筒提前揭煤，先对主斜井进行揭煤施工，采用穿层钻孔预抽揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施，顺利揭煤进入煤层，完成主井揭煤工作，副、风井施工到位后，以主斜井揭煤探明的地质资料、瓦斯和煤尘情况以及揭煤经验为依据，进行下一步副、风井的揭煤工作。

本方案优点：由于采取从主斜井先进行揭煤工作，提前探明地质、水文地质、构造地质状况及4#煤层产状、瓦斯含量、瓦斯压力大小、突出危险性大小等，为下一步副、风井的揭煤工作提供了切实可靠的资料，提高了下一步揭煤工作的安全性和揭煤施工速度。

4 矿井揭煤工作面和煤层相对位置及煤层突出危险性预测

主斜井在施工过程中严格按照“逢掘必探，先探后掘”的原则进行超前探测，在条件允许的情况下还可采取物探进行探测，在超前探测后，视揭煤点附近20m范围的地质构造复杂程度确定煤层层位控制方案，如岩石条件破碎、地质构造复杂时，在工作面掘进至距煤层法距20m时布置5个层位控制取芯钻孔，准确掌握煤层厚度、倾角变化、地质构造和瓦斯情况；工作面掘至煤层顶板法线距离10m时，在工作面布置2个（1#、3#孔）煤岩层层位控制取芯钻孔和1个（2#孔）煤岩层层位控制不取芯钻孔，工作面退后10m反向布置2个（4#、5#孔）煤层测压钻孔，布置在底板两侧，两孔终孔距离不小于10m并穿透煤层底板0.5m，准确掌握井筒工作面与煤层之间的空间关系及瓦斯含量和检验煤层突出的危险性指标。

4.1、主斜井掘进施工距4#煤层顶板10m时，停止掘进，工作面施工3个前探孔确定4#煤层的相对位置；退后10m反向施工2个钻孔，每个钻孔孔口管上安装高压阀门联通压力表做测压钻孔对4#煤层瓦斯压力进行测定，详细记录测压数据。打钻过程中观察是否出现突出预兆现象，记录台帐要详细同时开展煤层突出危险性鉴定工作。

只有当瓦斯压力＜0.74Mp、瓦斯含量＜8m3/t、煤层坚固性系数f＞0.5、以及打钻过程中均无明显突出预兆现象发生时为无突出危险性煤层，反之则为突出危险性煤层。

4.2、若法距10m预测煤层有突出危险性，在工作面掘至距煤层顶板法线距离7m时，采取边掘边探，确保在工作面掘进至煤层顶板法线距离为7m时，停止施工作业，采取区域防突措施（穿层钻孔预抽揭煤区域煤层瓦斯）；区域防突措施效果检验有效时，可先探后掘施工至煤层顶板法线距离为5m，停止掘进，采取防突措施效果检验，有效时可先探后掘继续施工，若防突措施检验效果不佳时，采用局域防突措施，防突措施有效后，井筒可以继续掘进施工，当井筒距离煤层法线距离为1.5m时，防突措施效果检验有效后采取远距离放炮措施直接揭开煤层。

4.3、若预测煤层无突出危险，边掘边探，施工掘进至距煤层顶板法线距离5m处时，进行工作面突出危险性验证，当验证为无突出危险区后，井筒可掘进至距离煤层法线距离为1.5m，采取远距离放炮措施揭开煤层。

5 主斜井揭煤区域防突措施

5.1依据4#煤层法距10m探煤、测压钻孔测得突出危险性指标，确定是否采取区域防突措施，为了能够有效的利用穿层钻孔消除揭煤区域煤与瓦斯突出危险性，缩短揭煤时间，优化穿层钻孔布置方案，穿层钻孔按照两茬进行施工，在揭煤工作面距煤层的最小法向距离7m时，钻孔间距按照5m布置抽放钻孔，施工第一茬钻孔，依据上述规定设定所需控制范围为：53×30＝1590m²，经计算需84个钻孔，第一茬钻孔所需施工钻孔总长度为：2821.6m，岩孔长度为1968m，煤孔长度为：853。在揭煤工作面距煤层的最小法向距离5m时，效果检验仍有突出危险性时按照局部防突措施所控制的范围布置第二茬钻孔，钻孔间距按照3m布置抽放钻孔，穿层钻孔数为：104个，第二茬钻孔所需施工钻孔总长度为：3578.7m，岩孔长度为2329m，煤孔长度为：1248.7m。第二茬钻孔主要将钻孔布置到巷道左右两帮的钻场中，主井井筒向前掘进时，钻孔中的钻孔可以继续抽放。

5.2依据主斜井法距10m时实际测得4#煤层突出危险性指标，确定4#煤层有突出危险性时，距离煤层顶板法线距离7m处，停止掘进，在工作面布置钻场，采取区域防突措施，布置第一茬钻孔，进行区域抽放消突施工。

5.3主斜井掘进工作面距离煤层顶板法线距离5m处，停止施工，测定突出危险性指标，如无突出危险性时，继续掘进；如仍有突出危险性时，采取防突措施，距离掘进工作面4.5m处施工左帮钻场、工作面右帮直接开钻场，利用左、右钻场和工作面布置第二茬抽放钻孔继续进行井筒揭煤消突措施。

5.4瓦斯抽放钻孔技术参数的确定：

5.4.1钻场规格：深×宽×高=4m×4.5m×4m，左帮钻场共布置抽放孔36个、工作面布置钻孔32个、右帮钻场布置钻孔36个，共施工104个抽放钻孔；钻孔终孔位置以穿透煤层全厚并进入岩层0.5m以上为标准，孔径95mm，封孔压力为瓦斯压力的5倍。

5.4.2第一茬钻孔终孔位置在揭煤区域煤层终孔点控制范围：巷道轮廓线外12m、内网状均匀布置（5m×5m）。第二茬钻孔位置在揭煤区域煤层终孔点控制范围：巷道轮廓线外5m、内网状均匀布置（3m×3m）。

6 主斜井揭煤区域煤层区域防突措施检验

对主斜井揭煤区域、局域进行瓦斯预抽消突措施一定时间后，对防突措施进行效果检验。

6.1检验方法：

采用钻屑（瓦斯解析）指标法对井筒揭煤防突措施进行检验，检验指标有：K1、h2和钻屑量S。

6.2检验结果及采取措施：

6.2.1当K1≥0.5、h2≥200Pa、S≥6Kg和打钻过程中有明显突出预兆时，预抽揭煤区域防突效果无效，必须采取补打钻孔继续对揭煤区域进行抽放，直至检验指标低于参考临界值，方可进行揭煤施工。

6.2.2当K1＜0.5、h2＜200Pa、S＜6Kg以及打钻过程无明显突出预兆时，开始进行掘进施工，并采取“边探边掘”的掘进方式，可以掘进施工至距离煤层顶板法线距离3m处，停止施工并对揭煤区域进行防突效果验证。检验无突出危险后采取“边掘边探”的掘进方式，可以掘进施工至距离煤层顶板法线距离1.5m处，停止施工并对揭煤工作面进行突出危险性预测。

7结 语

主斜井揭煤工作面采取穿层钻孔预抽揭煤区域煤层瓦斯防突措施，经区域防突措施检验有效，施工至距离煤层顶板法距1.5m处时，进行最后一次工作面突出危险性预测，由工作面向煤层施工4个钻孔，分别位于巷道轮廓线上部1个钻孔、中部2个钻孔和下部1个钻孔，测定工作面前方煤层的K1和钻屑量S两个突出危险性指标， K10.3，S 3.2Kg。进行远距离爆破安全揭开了煤层。