李潤芝

(1.中煤科工集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室，遼寧 撫順 113122)

近年來，隨著煤礦開采深度加深和開采強度的加大，礦井瓦斯問題已成為影響礦井安全生產(chǎn)的主要因素[1，2]。在高瓦斯巷道的掘進過程中，瓦斯?jié)舛阮l頻超限，僅靠通風方式難以降低掘進工作面的瓦斯?jié)舛?，必須采取合理的瓦斯防治措施，確保掘進工作面安全、高效、快速施工。

目前，對于突出煤層巷道掘進期間必須采取兩個“四位一體”綜合防突措施，否則嚴禁采掘活動[5-7]。然而，對于高瓦斯礦井煤巷掘進工作面并沒有一個明確規(guī)定。向真才等[8-15]學者通過收集整理現(xiàn)場高瓦斯礦井掘進工作面煤巷瓦斯治理方法，提出了高瓦斯礦井煤巷掘進工作面瓦斯分級治理方法，為井下掘進巷道的安全、高效作業(yè)提供技術(shù)保障；石增柱等[16，17]學者從多角度分析瓦斯的來源，在不影響施工進度和降低投資成本的情況下，采用了增加工作面風量、在工作面迎頭施工瓦斯鉆孔泄放、提高掘進工藝等綜合瓦斯治理措施，經(jīng)過現(xiàn)場檢測，瓦斯治理卓有成效，為高瓦斯長距離掘進工作面的瓦斯治理提供了新的解決思路。筆者以毛家莊煤礦為研究對象，基于毛家莊煤礦掘進工作面瓦斯防治技術(shù)方案，構(gòu)建高瓦斯礦井掘進工作面的瓦斯防治技術(shù)體系，以期保證高瓦斯礦井掘進工作面安全有序施工，確定礦井均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。

1 工程概況

毛家莊煤礦為生產(chǎn)能力1.20 Mt/a的高瓦斯礦井。8201運輸巷為礦井二采區(qū)的首采工作面進風巷，該巷道位于礦井8號煤層最深部，并直接與突出礦井沙曲煤礦相鄰，8201工作面布置如圖1所示。瓦斯等級鑒定結(jié)果表明：毛家莊煤礦掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量4.63m3/min。

圖1 毛家莊煤礦8201工作面布置

2 高瓦斯礦井掘進工作面瓦斯防治體系

依照《防治煤與瓦斯突出細則》，突出煤層掘進工作面必須遵循兩個“四位一體”綜合防突措施，方可展開巷道掘進作業(yè)。高瓦斯礦井掘進工作面不同于突出礦井掘進工作面?；谕怀雒簩泳蜻M期間瓦斯管理措施及《煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計標準》等相關(guān)要求，構(gòu)建高瓦斯礦井掘進工作面瓦斯防治體系，如圖2所示。

圖2 高瓦斯礦井掘進工作面瓦斯防治技術(shù)

3 高瓦斯礦井掘進工作面瓦斯防治體系應用

以毛家莊煤礦8201運輸巷為例，對掘進工作面瓦斯防治技術(shù)體系進行分析，同時對毛家莊煤礦掘進工作面瓦斯防治體系的應用效果進行驗證。

3.1 8201運輸巷瓦斯防治技術(shù)方案

3.1.1 區(qū)域瓦斯壓力測定

區(qū)域瓦斯壓力測壓鉆孔布置如圖3所示。首先在8201運輸巷揭煤前，在8號煤層回風下山向揭煤方向未受擾動的煤層區(qū)域施工測壓鉆孔，每組測壓鉆孔開孔間距為5m，終孔間距為30m；測壓鉆孔孔長均為120m，封孔長度為50m。根據(jù)測定結(jié)果掌握區(qū)域范圍內(nèi)的瓦斯情況。

圖3 區(qū)域瓦斯壓力測壓鉆孔布置

當瓦斯壓力P<0.74MPa時，可直接在測定區(qū)域開展采掘作業(yè)。當瓦斯壓力P≥0.74MPa，可以認定測定區(qū)域存在發(fā)生瓦斯事故的危險，此時應對該區(qū)域采取瓦斯防治措施后，消除區(qū)域危險后，方可開展采掘作業(yè)。

3.1.2 區(qū)域瓦斯防治措施

當測定瓦斯壓力P≥0.74MPa時，對掘進工作面前方區(qū)域采取預抽措施。區(qū)域瓦斯防治措施抽采鉆孔布置如圖4所示。抽采鉆孔沿8201運輸巷開口位置自西向東進行施工，抽采鉆孔開孔間距為1m，終孔間距為10m。鉆孔整體呈半扇形布置，鉆孔沿施工方向的覆蓋范圍不小于100m，沿傾向方向外錯范圍不小于30m。鉆孔的抽采時間為100d，抽采結(jié)束后，再次進行瓦斯壓力測定，當瓦斯壓力P≥0.74MPa，繼續(xù)延長預抽時間50d，礦方可根據(jù)測定結(jié)果決定是否采取補打定向鉆孔的措施；直至瓦斯壓力P<0.74MPa，方可開展采掘作業(yè)。

圖4 區(qū)域瓦斯防治措施抽采鉆孔布置

3.1.3 掘進工作面危險性預測

開展采掘作業(yè)時，首先在毛家莊煤礦掘進工作面迎頭處采用定點取芯采集煤樣，測定煤層瓦斯含量。掘進工作面瓦斯含量預測測試點布置如圖5所示。掘進工作面迎頭處分別布置3個檢驗測試點，鉆孔方位分別為-15°、0°、15°，鉆孔取樣深度依次為30m、70m和50m。同時采用監(jiān)測監(jiān)控手段，測定掘進工作面施工期間的絕對瓦斯涌出量。

圖5 掘進工作面瓦斯含量預測測試點布置

1)若3個測點煤層瓦斯含量均小于8m3/t，可視為掘進工作面前方70m范圍內(nèi)無突發(fā)瓦斯事故的危險；同時測定掘進工作面的絕對瓦斯涌出量，當掘進工作面的絕對瓦斯涌出量小于3m3/min，允許掘進工作面在保留20m超前距離基礎(chǔ)上，向前掘進50m。

2)若3個測點中任意測點瓦斯含量大于等于8m3/t，該掘進工作面必須采取工作面局部抽采措施，并對局部抽采措施的抽采效果進行驗證，直至掘進工作面的局部危險性消除后，方可允許掘進工作面在保留20m超前距基礎(chǔ)上，施工巷道50m。

3)若3個測點煤層瓦斯含量均小于8m3/t，然而掘進工作面的絕對瓦斯涌出量大于等于3m3/min，則需對掘進工作面兩幫采取瓦斯抽采措施，方可允許掘進工作面在保留20m超前距基礎(chǔ)上，施工巷道50m，且抽采鉆孔沿巷道兩幫無抽采盲區(qū)，抽采鉆孔間距不得大于2倍抽采半徑。

3.1.4 掘進工作面抽采措施

依據(jù)毛家莊煤礦掘進工作面危險性預測結(jié)果：當煤層瓦斯含量W殘≥8m3/t或掘進工作面絕對瓦斯涌出量不小于3m3/min時，應當采取局部抽采措施。掘進工作面局部抽采鉆孔布置如圖6所示。掘進工作面采用順層條帶鉆孔作為掘進期間局部抽采措施。采用順層條帶鉆孔呈扇形均勻布置，共布置16個抽采鉆孔，開孔間距為0.5m，分上下兩排布置。下排孔距巷道底板1.2m，上排孔距巷道底板1.7m。鉆孔超前預抽范圍為100m，外錯距離為15m。抽采鉆孔直徑為113mm，抽采周期為60d；抽采周期結(jié)束后，對掘進工作面的抽采效果進行驗證。

圖6 掘進工作面局部抽采鉆孔布置(mm)

3.1.5 掘進工作面抽采效果驗證

在毛家莊煤礦掘進工作面采取局部抽采措施后，需測定煤層殘余瓦斯含量，對掘進工作面的抽采效果進行驗證。掘進工作面防突措施效果檢驗測點布置如圖7所示。在煤巷條帶預抽瓦斯區(qū)域布置3個瓦斯含量測試點，采用定點取芯法采集煤樣，測定煤層殘余瓦斯含量。1號檢測點取樣深度為30m，取樣位置與掘進工作面施工方向呈偏左15°；2號檢測點取樣深度為45m，取樣位置位于掘進工作面施工方向正前方；3號檢測點取樣深度為30m，取樣位置與掘進工作面施工方向呈偏右15°。

圖7 掘進工作面防突措施效果檢驗測點布置(mm)

若掘進工作面檢驗測試孔測得的煤層殘余瓦斯含量均小于8m3/t，表明局部抽采措施已消除掘進工作面突發(fā)瓦斯事故的危險性，此時允許掘進工作面在保留20m超前距基礎(chǔ)上，向前掘進50m。

若掘進工作面任一檢驗測試孔測得的煤層殘余瓦斯含量大于等于8m3/t，則表明局部抽采措施效果無效，則需增加鉆孔抽采強度，同時延長抽采時間；直至殘余瓦斯含量W殘<8m3/t后，方可允許施工。

掘進工作面施工期間必須進行效果驗證，掘進工作面每推進25m，進行一次效果驗證，驗證方法采用煤鉆屑指標法。掘進工作面驗證鉆孔布置如圖8所示。在掘進工作面迎頭施工3個驗證孔，一個鉆孔位于巷道工作面中部，并平行于巷道施工方向；其他兩個鉆孔靠近巷道兩幫0.5m處開孔，終孔于巷道輪廓線外的2～4m，鉆孔孔徑42mm，垂直工作面鉆孔孔深8～10m，控制范圍到巷道斷面外2～4m。

圖8 掘進工作面驗證鉆孔布置

鉆孔每鉆進1m測定該1m段的全部鉆屑量S，每鉆進2m至少測定一次鉆屑瓦斯解吸指標Δh2值。若實測得到的S、Δh2的所有測定值均小于臨界值，則認為掘進工作面沒有突發(fā)瓦斯事故的危險，此時可繼續(xù)完成50m施工工作；若實測得到的S、Δh2的所有測定值超出臨界指標，則停止施工，應當根據(jù)實際情況，采取工作面局部治理措施。

3.2 應用效果檢驗

通過對毛家莊煤礦區(qū)域瓦斯壓力進行測定，毛家莊煤礦區(qū)域瓦斯壓力最大可達0.24MPa，因此毛家莊煤礦鑒定區(qū)域揭煤范圍內(nèi)沒有突發(fā)瓦斯事故的危險。掘進工作面跟蹤治理期間，毛家莊煤礦8201運輸巷鑒定面、8201回風巷鑒定面、8202運輸巷鑒定面最大瓦斯含量為5.45m3/t，瓦斯含量均小于8m3/t，然而掘進工作面絕對瓦斯涌出量均大于3m3/min，因此對掘進工作面兩幫采取邊掘邊抽的局部抽采措施。掘進工作面施工期間，采用S、Δh2指標每間隔25m，進行一次效果驗證，S、Δh2最大分別可達3.4kg/m、160Pa，并且未發(fā)現(xiàn)其他異常情況。

4 結(jié) 論

1)毛家莊煤礦掘進工作面的主要瓦斯來源為煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出。毛家莊煤礦區(qū)域瓦斯壓力最大值為0.24MPa，掘進工作面最大瓦斯含量為5.45m3/t，掘進工作面兩幫采取邊掘邊抽的局部抽采措施。掘進工作面施工期間S、Δh2指標的測定結(jié)果均小于臨界值，并且未發(fā)現(xiàn)其他異常情況。

2)基于毛家莊煤礦掘進工作面的瓦斯跟蹤治理方案，選取瓦斯壓力、瓦斯含量、絕對瓦斯涌出量、鉆屑量及Δh2等參數(shù)作為指標，采取區(qū)域瓦斯壓力測定、區(qū)域瓦斯防治措施、掘進工作面危險性預測、掘進工作面抽采措施、掘進工作面抽采效果驗證的方式，提出毛家莊煤礦掘進工作面瓦斯防治技術(shù)方法。