王凱強(qiáng)

（山西石港煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 左權(quán) 032600）

山西石港煤業(yè)主要開采15#煤層，煤層平均傾角為7°左右，平均厚度為7.18m，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。采煤工藝為普通綜采工藝，回采過程中采用分層開采方式。回采工作面均采用U型通風(fēng)，即進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷回風(fēng)，同時(shí)在工作面15#煤層底板上方垂高35m左右，層位不得低于8.5倍采高的位置布置走向高抽巷。高抽巷在水平方向上與回風(fēng)巷的距離一般要小于工作面長度的三分之一。針對(duì)采空區(qū)的瓦斯，在煤層上方的巖層，一般為頂板巖層布置一條抽采巷來對(duì)采空區(qū)的瓦斯進(jìn)行抽采。根據(jù)山西石港煤業(yè)地質(zhì)探測(cè)報(bào)告，可知15#煤層瓦斯相對(duì)涌出量為77.14 m3/t，并且曾發(fā)生過煤與瓦斯突出事故，為煤與瓦斯突出礦井。為保證15#煤層采煤工作面的安全回采，針對(duì)15#煤層采煤工作面煤與瓦斯突出防治進(jìn)行了防突措施方案設(shè)計(jì)，以期達(dá)到有效防范煤與瓦斯突出災(zāi)害的目的。

1 工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)

1.1 預(yù)測(cè)方法、指標(biāo)及臨界值

根據(jù)山西石港煤業(yè)目前開采煤層測(cè)定的瓦斯基本參數(shù)和煤層賦存情況以及預(yù)測(cè)方法的熟練程度，利用鉆屑指標(biāo)法[1]對(duì)山西石港煤業(yè)15#煤層采煤工作面煤與瓦斯突出進(jìn)行預(yù)測(cè)。鉆屑指標(biāo)法一般所采用的指標(biāo)認(rèn)定值為鉆屑量值，用符號(hào)S表示，還有鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)值，用符號(hào)K1表示。

為了能夠更好地對(duì)采煤工作面煤與瓦斯突出進(jìn)行預(yù)測(cè)，一般根據(jù)所測(cè)的鉆屑指標(biāo)法中鉆屑量S值和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)值K1確定的安全臨界值來進(jìn)行煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)，根據(jù)查閱山西石港煤業(yè)地質(zhì)勘察資料，發(fā)現(xiàn)15#煤并沒有對(duì)應(yīng)實(shí)際可靠的安全臨界值，因此通常在這種情況下為了能夠使安全臨界值擁有明確的參考值，一般需要參照相關(guān)規(guī)定[2]里給出的指標(biāo)安全臨界值進(jìn)行煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的評(píng)估及預(yù)測(cè)，待有條件在實(shí)際工作中具體勘測(cè)到15#煤層煤與瓦斯突出指標(biāo)并確定出臨界值之后再進(jìn)行使用。依據(jù)規(guī)定給出的參考值如表1所示。

表1 指標(biāo)安全臨界參照值

1.2 預(yù)測(cè)鉆孔布置

根據(jù)工作面實(shí)際情況進(jìn)行預(yù)測(cè)孔布置，預(yù)測(cè)孔一般布置參數(shù)為：孔徑Φ42mm，孔深10m，每個(gè)預(yù)測(cè)孔之間的間距為15m。需要注意的是預(yù)測(cè)鉆孔應(yīng)該盡量在軟分層之中進(jìn)行布置，如果在工作面巖層一定范圍內(nèi)存在地質(zhì)異?；蛘叩刭|(zhì)構(gòu)造變化帶等異常情況，應(yīng)該在其附近適當(dāng)增加預(yù)測(cè)鉆孔，避免發(fā)生預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，導(dǎo)致之后回采工作中危險(xiǎn)事故的發(fā)生。預(yù)測(cè)鉆孔布置的具體參數(shù)如圖1所示。

圖1 采煤工作面預(yù)測(cè)鉆孔布置示意圖

1.3 突出危險(xiǎn)性預(yù)報(bào)

確定一個(gè)采煤工作面是否為煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)工作面，需要有一定的判定標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)一般為相關(guān)測(cè)試指標(biāo)要小于給定的安全臨界值。但是為了進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)安全性系數(shù)，需要保證布置在采煤工作面中的任何一個(gè)鉆孔、任何一次測(cè)定結(jié)果以及任何一個(gè)指標(biāo)值均小于參考的安全臨界值。如果有一個(gè)項(xiàng)大于或等于安全臨界值，都視為該工作面為突出危險(xiǎn)工作面。只有當(dāng)每一個(gè)項(xiàng)指標(biāo)都小于臨界參考值時(shí)，才可以判定該工作面為無突出危險(xiǎn)工作面。

如果有下列任何一種情況發(fā)生，都視為突出危險(xiǎn)工作面。

（1）所采煤層賦存情況發(fā)生很大程度的變化，如煤層傾角、厚度以及走向等發(fā)生了很大變化或無規(guī)律性變化；

（2）采煤工作面進(jìn)入復(fù)雜的地質(zhì)條件區(qū)域，如斷層、火成巖侵入以及褶皺地帶；

（3）地應(yīng)力變化異常區(qū)，如應(yīng)力疊加地帶、應(yīng)力松弛地帶等區(qū)域；

（4）采煤工作面出現(xiàn)明顯的突出預(yù)兆情況。

當(dāng)預(yù)測(cè)結(jié)果表明工作面為突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，首先需要進(jìn)行防突工作，然后再對(duì)防突措施效果進(jìn)行有效檢驗(yàn)。如果檢驗(yàn)防突效果有效，則可以進(jìn)行下一步工作；如果檢驗(yàn)結(jié)果為防突措施無效，則需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充防突措施，并再次對(duì)防突措施進(jìn)行檢驗(yàn)，直到檢驗(yàn)效果為有效為止[3]。如果預(yù)測(cè)結(jié)果表明工作面為無突出危險(xiǎn)工作面時(shí)，必須采取留設(shè)大于等于2m的超前距預(yù)測(cè)孔以及實(shí)施一定的安全保護(hù)工作的前提下，才可以進(jìn)行工作面回采，否則不能進(jìn)行回采工作。

2 工作面防突措施

在判定工作面為煤與瓦斯突出危險(xiǎn)工作面后，要進(jìn)行工作面防突工作，一般除了相關(guān)指標(biāo)超標(biāo)外，出現(xiàn)噴孔或者卡鉆等異?，F(xiàn)象都視為危險(xiǎn)工作面。根據(jù)15#煤層采煤工作面具體情況以及預(yù)測(cè)指標(biāo)結(jié)果，15#煤層工作面可采用超前排放鉆孔[4]。

本設(shè)計(jì)將與預(yù)測(cè)指標(biāo)超標(biāo)鉆孔相鄰的兩個(gè)預(yù)測(cè)鉆孔之間的范圍和發(fā)生噴孔、卡鉆等突出預(yù)兆點(diǎn)兩側(cè)各15m范圍作為工作面防突范圍。超前排放鉆孔按照雙排三花眼布置，排距為2m，傾角為4°，每排16個(gè)超前排放鉆孔，共32個(gè)。在地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)域應(yīng)該適當(dāng)增加鉆孔數(shù)。采煤工作面超前排放鉆孔布置如圖2所示。

圖2 采煤工作面排放鉆孔平面布置示意圖

在煤層賦存狀況以及周圍巖層地質(zhì)條件未發(fā)生太大變化時(shí)，超前排放孔應(yīng)當(dāng)均勻布置在可控范圍內(nèi)，如果是在煤層的軟分層中，可以適當(dāng)增添排放孔的數(shù)量。當(dāng)煤層賦存狀況以及周圍巖層地質(zhì)條件發(fā)生明顯變化時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)超前排放孔參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在鉆孔施工完后，對(duì)所有排放鉆孔至少進(jìn)行8h以上的排放工作，之后再對(duì)其進(jìn)行措施效果檢驗(yàn)。如果檢驗(yàn)結(jié)果為所測(cè)參數(shù)大于等于安全臨界值或者有卡鉆、噴孔等一些突出預(yù)兆情況發(fā)生時(shí)，判定防突措施無效，必須實(shí)施相應(yīng)的補(bǔ)充防突措施，一直到所有指標(biāo)均已降到安全臨界值之下且沒有其他突出預(yù)兆的情況發(fā)生為止。

3 措施效果檢驗(yàn)

如圖3所示，防突措施檢驗(yàn)鉆孔沿采煤工作面布置，一般其孔深要小于或等于超前排放鉆孔深度，孔徑42mm，孔間距為15m。其施工方面的其他指標(biāo)按照防突預(yù)測(cè)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行施工即可。

圖3 采煤工作面檢驗(yàn)鉆孔布置示意圖

根據(jù)前文所述的判定方式，如果當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果為防突措施無效時(shí)，需要增加補(bǔ)防措施，直到相關(guān)指標(biāo)小于安全臨界值為止。當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果措施有效后，當(dāng)檢驗(yàn)孔深度小于超前排放孔時(shí)，注意要保留有2m檢驗(yàn)孔超前距，深度相等時(shí)沒有具體要求。但是兩種情況下都需要注意要留足防突措施超前距（正常地帶至少3m，地質(zhì)構(gòu)造帶至少5m）并采取安全防護(hù)措施后才可以實(shí)施回采作業(yè)[5]。

4 結(jié)論

山西石港煤業(yè)15#煤層采煤工作面存在煤與瓦斯突出問題，針對(duì)目前開采煤層測(cè)定的瓦斯基本參數(shù)和煤層賦存情況，15#煤層采煤工作面的突出預(yù)測(cè)方法采用鉆屑指標(biāo)法，采用了超前排放鉆孔防突措施，并對(duì)防突措施效果進(jìn)行了檢驗(yàn)，為15#煤層工作面的安全回采提供了保障。