超前钻孔在石门揭穿突出煤层的应用

摘要：为防止突出事故发生，滴矿立井根据28煤层中矿山压力及瓦斯情况的分析，在接近见煤点，采用超前钻孔技术进行释放瓦斯。通过合理的确定钻孔长度、方位、范围，以及施工后对煤层瓦斯压力的监测，确定了此项技术的合理性。

关键词：超前钻孔；突出煤层；石门揭煤

1、矿井概况

滴道矿已开采70多年了，瓦斯大在50年代就全国榜上有名，在东北三省瓦斯突出矿井中有”南有北票，北有滴道”之称。滴道矿改制重组后更名为盛和煤矿。

滴道矿立井（以下简称滴矿立井）于1974年投产，设计能力60万吨/年。矿井投产后始终未能达产，其主要原因是开采的各煤层煤与瓦斯突出严重，极大地限制了矿井生产能力，矿井最高年产40万吨。

矿井主要含煤地层为：城子河含煤组和穆棱含煤组，共有含煤层为36层，可采煤层为17-18层，其余不可采煤层大多是瓦斯突出层；矿井地质构造：滴道矿位于鸡西煤田北部条带之西段，断层褶曲都很发育，其中以河北背斜及其派生断层对开采影响最大。

矿井开拓方式为立井单一水平上下山开拓，水平标高-480米，井田面积31.6953平方公里，开采深度229米--900米。2007年末可采储量4469.82万吨/年，按核定能力计算服务年限56年。

2、工作面概况

2.1 工作面瓦斯状况

滴矿立井五采掘进07队掘送五采二段右4路28层大巷，已接近28层见煤点，由于28层处于四采区附近，而四采区在采掘过程中发生过28层突出现象，经小型钻机打孔测试，28层瓦斯10%理研。顾而，本次石门揭煤工作要采取有效的技术措施以保安全生产。

2.2 本层突出历史数据统计

28层曾在掘进到四采14路大巷断层附近瓦斯大，掘进时最大采出强度410T；28层延时突出曾发生过3次；掘进时连续突出曾发生26次，突出强度为10-15T。

3、突出原因分析

3.1突出与断层关系

当巷道接近断层，改变了该处的原始应力状态，围岩、构造煤的结构又一次受到破坏，部分吸附瓦斯变成游离瓦斯，掘进工作面为自由面，是构造应力释放的最终场所，快速流动的瓦斯就会涌向工作面内，造成煤与瓦斯突出。

3.2突出与软煤关系

突出多发生在软煤厚度变化处：（1）五采右三路28层大巷软煤厚度外部0.15m，而突出处软煤厚度0.4m。宏观测算软煤揉皱系数0.200-0.350之间都易发生突出，松散煤层越厚，越易发生突出。突出洞穴发生在软煤层。

3.1突出与煤层透气性、压力关系

瓦斯压力、瓦斯含量与煤层透气性呈线性关系。瓦斯压力大，突出强度大，涌出量也大，透气性起绝对因素，突出征兆因素较全面。掘进利用超前钻孔释放瓦斯，因时间短，释放的半径小，在二采右三路石门揭煤，掘进12层煤时释放半径仅0.8-1.0m。所以短时间内预防瓦斯突出，必须从增加钻孔数量或增加释放暴露面积：和水力冲孔或深孔爆破增加孔隙度、增加透气性入手。

3.1突出与矿压关系

随着开采深度的增加，矿压业随之增大，突出强度也呈增加的趋势，从四井右十路12层-52m标高始突强度11.0T到一采-360m标高右18路采煤上升到中型突出，平均突出强度56.3T，最大突出强度上升到100T。在右19路-433m标高时，突出5次，最大强度125T。四采14路28层车场子处由于改造巷道平行的两条巷道跨度大，地应力集中，顶板来压，加之F4、F25扭转断层的影响，施工放炮后发生两次大型突出，分别为378T，410T

4、释放技术

4.1 释放方案

根据本矿多年来的实践经验，确定采用超前钻孔的措施来防治本次石门揭煤事故。

超前钻孔是目前国内外使用较为广泛的一项局部防突技术措施.在前苏联、比利时、法国、波兰、澳大利亚、日本等国均有不同程度的使用和各自的措施参数。

超前钻孔也是我国使用最早和最广泛的一项防突措施，早在50年代末，这一措施就开始运用，据1982年资料统计，在全国205对突出矿井中，有85对井采用本措施，约占总突出矿井数的41.4%。超前钻孔在国内处的大量实际应用效果表明，这一措施是有较好的防治突出的作用效果和工艺简单，操作方便，适用性强等优点。

4.2 方案理论支持

超前钻孔的作用有二：一是在集中应力区中，造成煤体局部移动、卸压，引起煤体应力重新分布，使巷道前方的应力集中带移向煤体深处，加宽了卸压带的宽度；二是排放钻孔周围煤体中的瓦斯，在超前钻孔所控制的范围形成一个排放瓦斯的卸压带。实践表明，在工作面前方保持一个较宽的卸压带，是衡量超前钻孔是否达到防突效果的重要指标。

4.3 钻孔设计

（1）在二段绞车道开帮处以里30米处距28煤层3.0米工作面开始施工钻孔，此钻孔的平剖面图如下图所示。

（2）巷道方位193°。开始施工标高为-443米，28层煤厚1.0米，煤层倾角为23°，工程平面图如下。

（3）打钻使用TXU-150型钻机和配套泥浆泵，开孔选用打φ75mm钻头。

（4）共施工个49钻孔。保证施工质量。钻孔贯穿28煤层全厚，并在孔底留有不小于0.3米的岩孔。

（5）钻孔必须保证上帮、下帮不小于5.0米的释放范围，释放范围如下图所示。

5、方案结果

（1）钻孔施工结束后，经过对煤层瓦斯压力观测已降到0.9MPa，最后用震动爆破方法揭天煤层，效果很好。

（2）钻孔数量较多，工程量大，排放时间长，经济略超出预算。

6、结论

（1）煤层瓦斯压力释放较为缓慢，是煤层透气性差的原因。煤层透气性越低，钻孔的有效排放半径越小，排放时间就越长。今后应采用综合防突技术，如除采用钻孔技术外，还应采用不力冲孔，松动爆破等到措施增加煤体裂隙。

（2）钻眼工程量大，眼孔直径较小也是使瓦斯压力释放较慢的原因。今后可以采用加大钻孔直径，减少钻眼个数，加大钻孔有效排放半径，加快瓦斯压力降低。

（3）通过超前钻孔处理石门揭穿突出煤层的措施是可行的。

参考文献

[1]本矿多年来多处石门揭煤设计。

[2]赵帅，季淮君，盛真可，煤巷超前钻孔防突技术的研究，山西焦煤科技，2009（11）