劉 軍 李晉生

（1.河南理工大學安全科學與工程學院，河南省焦作市，454003；2.河南省瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理重點實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地，河南省焦作市，454003；3.山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責任公司，山西省晉城市，048000）

1 礦井及井筒概況

玉溪煤礦為基建礦井，礦井設(shè)計采用斜井開拓，共布置主斜井、副斜井、進風立井和回風立井4個井筒。玉溪煤礦3＃煤層傾角小于8°，厚度平均為5.71m，現(xiàn)場實測副斜井揭露煤層地點最大原始瓦斯含量為19.92 m3／t，最大瓦斯壓力為2.79 MPa，具有煤與瓦斯突出危險性。副斜井井口位于工業(yè)廣場的西北部，井口標高+792.2 m，井底標高+320 m，井筒傾角-20°，設(shè)計斜長1380m，副斜井斷面形狀為直墻半圓拱，寬4900mm，高4550mm，面積19.7m2，預計揭露3＃煤層位置為1281m。

2 近水平厚突煤層揭煤方案

由于玉溪煤礦3＃煤層傾角小、厚度大，會導致石門揭煤段過長，出現(xiàn)頂鉆、卡鉆、噴孔等現(xiàn)象，最終導致鉆孔無法一次性穿透煤層全厚。而《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中要求，揭煤工作面施工的鉆孔盡可能穿透煤層全厚；當不能一次打穿煤層全厚時，可分段施工，但第一次實施的鉆孔穿煤長度不得小于15m。然而分段實施防突措施會增大突出危險性，延長揭煤時間。

為了實現(xiàn)區(qū)域瓦斯有效治理，縮短揭煤工期，結(jié)合玉溪煤礦井田勘探地質(zhì)報告和玉溪煤礦副斜井井筒工作面的實際情況，提出施工頂板巷道布置區(qū)域預抽鉆孔的防突技術(shù)。結(jié)合揭煤地點煤層賦存特性，在巷道掘進至距煤層頂板法距7 m 的位置，平行于煤層頂板施工頂板巷，在頂板巷內(nèi)向揭煤區(qū)域布置預抽鉆孔，保證區(qū)域防突措施一次性覆蓋整個揭煤區(qū)域。近水平厚煤層石門揭煤防突工藝流程見圖1。

圖1 近水平厚煤層石門揭煤防突工藝流程圖

2.1 通過頂板巷施工區(qū)域抽采鉆孔

采用傳統(tǒng)的在掘進工作面分段施工區(qū)域預抽鉆孔的方法不能一次全覆蓋整個揭煤區(qū)域，即使勉強能覆蓋，由于鉆孔過長，無法保證鉆孔按設(shè)計要求施工到位，就不能真正覆蓋整個揭煤區(qū)域。而在頂板巷內(nèi)施工預抽鉆孔，可以保證鉆孔一次覆蓋整個揭煤區(qū)域。

玉溪煤礦副斜井巷道掘進至距煤層最小法距7m處停頭，首先施工長18.5 m 的頂板巷，頂板巷推進時與煤層頂板平行且保持7 m 法距，頂板巷為半圓拱形斷面，寬4.9m，高3m。頂板巷內(nèi)施工穿層鉆孔。鉆孔控制范圍為揭煤處巷道輪廓線外12m，同時控制范圍的邊緣到巷道輪廓線的最小距離不小于5m。頂板巷及區(qū)域預抽鉆孔設(shè)計如圖2所示。

抽采鉆孔設(shè)計施工13排，共195個鉆孔，開孔排間距1.4m （十三排與十四排排間距1.7m），每排開孔間距0.49 m，每個鉆孔長度為17.66～57.11m，鉆孔總長度為11310.5 m，其中巖孔長度6648.8m，煤孔長度4661.7m。

抽采鉆孔使用兩臺ZDY1900S 型全液壓鉆機施工 （施工時前后各一臺進行施工，至后期撤出一臺），鉆孔孔徑?94 mm，瓦斯抽放孔使用?50m PE管和聚氨酯封及棉紗進行封孔，封孔長度為6m，孔口使用?50mm 鎧裝管連接至抽放系統(tǒng)。

2.2 沖煤掃孔

沖煤掃孔技術(shù)主要是通過兩方面加速瓦斯釋放，一方面沖出孔內(nèi)積水，減小瓦斯向孔內(nèi)流動的阻力，降低水分對煤體瓦斯的抑制解吸效應；另一方面沖出了煤體，包括孔內(nèi)垮落堆積的煤體和孔周流變破壞比較嚴重的煤體，為后續(xù)煤體的移動變形提供空間，使集中應力深移，卸壓范圍增大，孔洞周圍煤體的孔隙裂隙網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)育，增加了煤體的透氣性，最終達到加速瓦斯運移的效果。

2.3 水泥砂漿灌注頂板巷底板裂隙

抽采鉆孔漏氣是影響瓦斯抽采效果的主要因素之一，導致漏氣的原因有人為因素，沒有按照要求嚴密封孔、抽采鉆孔與巷道底板裂隙導通。解決辦法是在近水平的頂板巷底板用水泥砂漿做300mm的加厚層，一方面灌注頂板巷底板裂隙，另一方面相當于封孔長度增加了300mm，實現(xiàn)嚴密封孔。

圖2 頂板巷及區(qū)域預抽鉆孔設(shè)計圖

2.4 煤體注漿固化

利用已打好的區(qū)域預抽鉆孔作為煤體注漿固化的注漿孔，采用高壓注水泥砂漿的方法對所有的抽采鉆孔進行注漿，固化煤體，實現(xiàn)一孔多用。

3 防突措施效果

2012年6月1日-8月13日，在副斜井揭煤處施工穿層鉆孔進行預抽，施工區(qū)域瓦斯抽采鉆孔205個，鉆孔直徑?94 mm，鉆孔總長度9647 m，其中巖孔4669.5m，煤孔長度4977.5m。鉆孔覆蓋整個揭煤區(qū)域，如圖3所示。

2012年6月1日-11月5日，玉溪煤礦副斜井合計抽采瓦斯867701.92m3。

圖3 區(qū)域預抽鉆孔實際軌跡圖

煤層殘余瓦斯含量由式 （1）計算：

式中：Wcy——煤的殘余瓦斯含量，m3／t；

W0——煤的原始瓦斯含量，m3／t；

Q——鉆孔排瓦斯總量，m3；

G——參與計算煤炭儲量，t。

經(jīng)計算副斜井揭煤區(qū)域煤炭儲量為47044.72t，瓦斯儲量為1420825.82 m3。抽采瓦斯量867701.92m3，瓦斯預抽率為61.07%。按原始瓦斯含量19.36 m3／t，副斜井揭煤區(qū)域計算殘余瓦斯含量為7.53m3／t。然后采用殘余瓦斯含量和殘余瓦斯壓力指標對副斜井揭煤地點實施區(qū)域防突措施后的瓦斯突出危險性進行區(qū)域效果檢驗，按要求在揭煤區(qū)域布置4個檢驗點，副斜井區(qū)域效果檢驗鉆孔施工參數(shù)如表1所示，效果檢驗情況如表2所示。

表1 副斜井區(qū)域效果檢驗鉆孔施工參數(shù)表

表2 副斜井揭煤區(qū)域效果檢驗結(jié)果

距煤層頂板法距5 m 位置，采用鉆屑瓦斯解吸指標K1值進行區(qū)域驗證和工作面的突出危險性預測，測定最大值是0.27 ml／g·min1／2，小于臨界值0.5ml／g·min1／2。

距煤層頂板法距1.5m，采用鉆屑瓦斯解吸指標K1值進行爆破前最后驗證，測定最大值是0.35 ml／g·min1／2，小于臨界值0.5ml／g·min1／2。

經(jīng)效果檢驗無突出危險后，巷道穿煤過程中，采用邊掘邊抽和掘進工作面淺孔排放的煤巷掘進防突管理程序。穿煤后向巷道底板的煤層中施工了部分卸壓排放孔，確保石門揭煤的安全。整個巷道揭煤段長度72m，揭煤過程中未出現(xiàn)動力現(xiàn)象。

4 結(jié)論

（1）石門揭穿近水平厚煤層時，因巷道斷面大、地壓大、造成巷道難以支護，揭煤距離長、過程復雜，區(qū)域抽放鉆孔需要覆蓋的區(qū)域較大，長鉆孔覆蓋整個區(qū)域打鉆難度較大，必須采取合理可行的石門揭煤防突方案和區(qū)域預抽鉆孔布置方案，施工頂板巷布置區(qū)域預抽鉆孔的方案效果顯著。

（2）實踐了通過頂板巷方式布置穿層鉆孔預抽、水泥砂漿灌注封堵頂板巷底板裂隙、預抽效果檢驗、水泥砂漿灌注預抽孔煤體固化等一套適合近水平厚煤層石門揭煤的防突技術(shù)。該方法在玉溪煤礦副斜井石門揭開3＃煤層中得到了應用，消除了石門揭煤的突出危險性，實現(xiàn)了安全、快速揭煤。

［1］ 俞啟香.礦井瓦斯防治 ［M］.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1992

［2］ 于不凡，王佑安.煤與瓦斯災害防治及利用技術(shù)手冊 ［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2000

［3］ 劉震，李增華，楊勇良等.緩斜特厚煤層石門揭煤區(qū)域綜合防突技術(shù) ［J］.煤礦安全，2010 （8）

［4］ 李建銘.煤與瓦斯突出防治技術(shù)手冊 ［M］.徐州：中國礦大出版社，2006

［5］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009

［6］ 王顯政，楊富，朱鳳山等.煤礦安全新技術(shù) ［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2002

［7］ 周世寧，林柏泉.煤層瓦斯賦存與流動理論 ［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1997

［8］ 李培慶，程遠平等.豎井揭煤沖煤掃孔加速瓦斯排放技術(shù) ［J］.煤礦安全，2011 （5）

［9］ 盧平，李平，周德永等.石門揭煤防突抽放瓦斯鉆孔合理布置參數(shù)的研究 ［J］.煤礦學報，2002 （3）

［10］ 聶國洪，李青松.松河礦石門揭煤防突措施及效果分析 ［J］.中州煤炭，2008 （5）

［11］ 盧平.石門揭煤時防突排放鉆孔的作用分析 ［J］.煤炭工程師，1996 （6）

［12］ 張志良，杜潤魁，蘭發(fā)林等.礦井區(qū)域綜合防突關(guān)鍵技術(shù)探討 ［J］.中國煤炭，2010 （7）

［13］ 李振璧，陳濤，范辰東等.石門揭煤瓦斯抽放鉆孔設(shè)計方法的改進 ［J］.中國礦山工程，2005 （4）