張賀然

（大同煤礦集團(tuán)宏泰礦山工程建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

同煤集團(tuán)馬脊梁礦位于大同市西部邊緣40km，是一座已有70年開(kāi)采歷史的礦井。該礦具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)，從地質(zhì)構(gòu)造分析構(gòu)造異常發(fā)育，同時(shí)是非常典型的“三軟”煤層，在開(kāi)采過(guò)程中容易發(fā)生水、火等自然災(zāi)害。同時(shí)隨著采深的加大，地壓、地溫明顯增大，在這樣復(fù)雜的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)巷道的快速掘進(jìn)技術(shù)，保障煤礦高產(chǎn)高效開(kāi)采是非常有意義的。對(duì)馬脊梁礦煤與瓦斯突出礦井巷道的快速掘進(jìn)及瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用研究，取得良好效果。

l 地質(zhì)條件

馬脊梁礦含煤地層為石炭二疊系，煤系基底為奧陶系，之上為第三、第四系。當(dāng)前該礦主采煤層共五層：6、7-2、8、9、13-1煤層。13-1煤層平均厚度4.30～5.69m，下距煤層76m，頂?shù)装鍘r性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，結(jié)構(gòu)類型為簡(jiǎn)單～較復(fù)雜。瓦斯涌出及等級(jí)情況如表1所示。

表1 瓦斯涌出及等級(jí)情況表

從表1中可以看到，2011年～2014年隨著開(kāi)采深度的加大，CH4涌出絕對(duì)量和CH4涌出相對(duì)量數(shù)據(jù)都在增大。瓦斯來(lái)源主要以開(kāi)采區(qū)為主，2015年更是占82%，其次為準(zhǔn)備區(qū)和采空區(qū)。

馬脊梁礦主采的5個(gè)煤層瓦斯參數(shù)見(jiàn)表2所示。

從表3數(shù)據(jù)中可以看到，該煤礦瓦斯壓力大，瓦斯含量高，煤層透氣性系數(shù)低，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)大，同時(shí)也可以看到煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域的面積較大，必須認(rèn)真做好相應(yīng)的防突工作。

表2 煤層瓦斯參數(shù)

2 雙巷、三巷連采巷道快速掘進(jìn)工藝的應(yīng)用

2.1 雙巷、三巷連采巷道快速掘進(jìn)工藝方案

針對(duì)馬脊梁礦13-1煤層單巷掘進(jìn)效率低，嚴(yán)重影響礦井采掘接替的情況，采用雙巷、三巷連采巷道快速掘進(jìn)工藝來(lái)提高掘進(jìn)效率。其設(shè)備選型方案為：選用美國(guó)久益公司（JOY）生產(chǎn)的12CM15型連續(xù)采煤機(jī)來(lái)完成割煤和裝煤工序作業(yè)，具有完全遙控功能的高產(chǎn)量連續(xù)采煤特點(diǎn)；選用PM2110C-56-1140型梭車完成連采機(jī)到給料破碎機(jī)的作業(yè)；選用BF-14B-54-64C型給料破碎機(jī)完成物料的破碎和轉(zhuǎn)載工作；選用ST-3.5S鏟車來(lái)進(jìn)行輔助運(yùn)輸工作；選用CHDDR-AC型雙臂錨桿機(jī)進(jìn)行打眼和安裝工作。

施工組織改變以往傳統(tǒng)的“三、八”制作業(yè)方式為“四、六”制作業(yè)方式。調(diào)整施工工藝如下：交接班→安全檢查→校對(duì)激光→連采機(jī)進(jìn)入已支護(hù)好的巷道割、裝煤至梭車運(yùn)煤→切槽、采垛達(dá)循環(huán)進(jìn)度后→連采機(jī)轉(zhuǎn)移巷道→支護(hù)→安全檢查敲幫問(wèn)頂→臨時(shí)支護(hù)→永久支護(hù)完成后轉(zhuǎn)移巷道→接風(fēng)筒，鏟車清理浮煤→自檢驗(yàn)收。其具體的快速掘進(jìn)巷道布置圖如圖1所示。

2.2 掘進(jìn)效果分析

馬脊梁礦13-1煤層調(diào)整單巷掘進(jìn)工藝為雙巷、三巷連采工藝，同時(shí)選擇采用配套的機(jī)械化開(kāi)采設(shè)備，提高了巷道的掘進(jìn)效率，巷道掘進(jìn)速度由485m/月提高到了688m/月，有效地緩解了采掘接替緊張問(wèn)題，達(dá)到高產(chǎn)高效的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

3 瓦斯綜合治理技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

針對(duì)馬脊梁礦的地質(zhì)特征，結(jié)合巷道布置及相應(yīng)的生產(chǎn)接續(xù)，對(duì)該礦采取了如下的瓦斯治理技術(shù)，實(shí)踐應(yīng)用效果較好。

3.1 區(qū)域防突措施

針對(duì)馬脊梁礦主采煤層調(diào)整后掘進(jìn)巷道采用雙巷掘進(jìn)方法，采用預(yù)抽區(qū)段瓦斯的防突措施。運(yùn)巷超前掘進(jìn)，抽采巷滯后掘進(jìn)，待運(yùn)巷消突以后掩護(hù)抽采巷的掘進(jìn)工作，因此兩條巷道鉆孔布置略有不同。

在運(yùn)巷東、西兩側(cè)幫各布置兩個(gè)千米鉆孔進(jìn)行消突，第一個(gè)千米鉆孔布置距巷道幫7.25m處，第二個(gè)千米鉆孔布置距第一個(gè)千米鉆孔7.5m處，并控制巷道輪廓線左右各15m范圍。由于巷道兩幫的千米鉆孔相距19.5m，抽放直徑按7.5m考慮，因此待掘方向存在12m的消突空白區(qū)，為了保證巷道的安全掘進(jìn)，還需在迎頭布置2個(gè)鉆孔以及東側(cè)幫小鉆場(chǎng)布置2個(gè)鉆孔進(jìn)行消突。巷道兩幫的千米鉆孔需每300m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，鉆孔深度450m；迎頭鉆孔按交叉邁步式施工，每60m施工一循環(huán)，每循環(huán)兩個(gè)鉆孔，兩個(gè)鉆孔深度80m；巷道東側(cè)幫每60m施工一個(gè)小鉆場(chǎng)，小鉆場(chǎng)內(nèi)施工2個(gè)鉆孔，孔深80m；為了避免應(yīng)力集中，抽采巷掘進(jìn)工作始終保持滯后于運(yùn)巷80m。待運(yùn)巷消除突出危險(xiǎn)性以后，在運(yùn)巷西側(cè)幫向抽采巷施工短鉆孔，鉆孔孔底至巷道輪廓線外5m，孔間距6m。抽采巷西側(cè)幫布置兩個(gè)千米鉆孔，第一個(gè)鉆孔距巷道幫8m，鉆孔間距6m。

3.2 穿層鉆孔抽采瓦斯

采取穿層鉆孔抽采來(lái)進(jìn)行瓦斯治理。鉆孔布置如圖2所示，充分利用抽采巷，從回風(fēng)巷中向煤層工作面頂板施工傾向穿層鉆孔，實(shí)現(xiàn)抽采瓦斯的目的。

3.3 順層鉆孔預(yù)抽瓦斯

為了降低該煤礦開(kāi)采煤層的瓦斯含量和瓦斯壓力，結(jié)合煤層的實(shí)際情況，采用順層鉆孔預(yù)抽瓦斯的技術(shù)措施。考慮到開(kāi)采煤層有地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單、傾角小、堅(jiān)固性系數(shù)相對(duì)大、透氣性系數(shù)相對(duì)大等特點(diǎn)，礦井可以選取普通鉆機(jī)施工順層長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行煤層瓦斯區(qū)域抽采。單個(gè)回采工作面傾向長(zhǎng)度約200m，順層鉆孔布置方案如圖3所示，設(shè)計(jì)鉆孔長(zhǎng)度為110m，孔徑75mm。

圖2 頂板穿層鉆孔布置示意圖

圖3 工作面煤體瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

實(shí)測(cè)結(jié)果表明，工作面回采前預(yù)抽瓦斯為0.5～0.8m3/min，回采后預(yù)抽瓦斯增加到1.6m3/min，預(yù)抽瓦斯量占工作面瓦斯總量的8%～9%左右，該措施能有效地降低瓦斯的含量和壓力，對(duì)防突工作具有積極意義。

3.4 高抽巷抽放

高抽巷沿走向貫穿工作面整個(gè)走向長(zhǎng)，與采面風(fēng)巷平行，內(nèi)錯(cuò)風(fēng)巷20m布置。巷道隨煤層起伏而垂直方向相應(yīng)調(diào)整，離煤層的間距應(yīng)使高抽巷處于工作面開(kāi)采形成的裂隙帶中，一般距煤層15～25m。巷道斷面為6m，采用錨網(wǎng)支護(hù)。數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果顯示高抽巷抽放瓦斯量6.5m3/min，綜合穿層鉆孔等其它措施瓦斯抽放總量為11.3m3/min，抽放率57.5%。數(shù)據(jù)表明，瓦斯抽放治理技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用效果較佳。

4 總結(jié)

對(duì)于煤與瓦斯突出礦井來(lái)講，影響巷道快速掘進(jìn)的兩大因素為巷道掘進(jìn)效率和井下瓦斯治理措施及效果，只有保障井下掘進(jìn)開(kāi)采的安全才能保障掘進(jìn)開(kāi)采的效率。針對(duì)馬脊梁礦主采煤層瓦斯地質(zhì)條件，調(diào)整單巷掘進(jìn)施工工藝為雙巷、三巷連采施工工藝，同時(shí)制定了合理的瓦斯治理措施。瓦斯治理技術(shù)有效地降低瓦斯的含量和壓力，對(duì)防突工作具有積極意義，掘進(jìn)實(shí)踐結(jié)果表明：巷道掘進(jìn)速度由485m/月提高到了688m/月，有效地緩解了馬脊梁礦采掘接替緊張問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了該煤礦高產(chǎn)高效的安全開(kāi)采目標(biāo)。