楊 剛，白軍軍，連英立，郝國強，安峰江

（1.中煤科工集團 沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.中煤華晉集團 晉城能源有限公司，山西 晉城 048299；3.神華地質勘查有限責任公司，北京 100011；4.河北工程大學 礦業(yè)與測繪工程學院，河北 邯鄲 056038）

0 引言

煤與瓦斯突出是煤礦建設和生產過程中的工程地質災害,井巷揭煤時發(fā)生煤與瓦斯突出的概率最大，造成的危害也大。井巷揭煤包括石門和井筒的揭煤。相比石門揭煤，井筒揭煤具有揭煤井巷斷面積大、施工場地受限、施工工期長等特點，而作為井筒的一種特殊形式，斜井揭煤往往又具有“過煤門”段長的特點。斜井揭煤是一項危險而復雜的系統(tǒng)工程。因斜井在礦山所有井巷中占比低，常為礦山基建時開鑿，所以斜井揭煤實踐較少，但我國對斜井揭煤仍積累了一定的經驗。新田煤礦副斜井采用穿層鉆孔預抽揭煤區(qū)域煤層瓦斯，回風斜井和主斜井采取順層鉆孔預抽煤層瓦斯，實現(xiàn)了安全揭煤。容光礦回風斜井揭開煤層前通過設計的超前排放孔排放瓦斯，在回風斜井工作面施工過程中，按照突出指標預測、施工排放鉆孔、效果檢驗的步驟進行掘進，并根據(jù)檢驗的結果進行瓦斯排放，實現(xiàn)了回風斜井安全揭煤。馬依西一井北回風斜井采取鉆場交叉鉆孔抽采瓦斯、注漿加固揭煤點井筒周圍煤體、“過煤門”時利用金屬骨架加固控制煤層頂板并配合小斷面震動爆破防突技術實現(xiàn)了安全揭煤。明礬溝煤礦采取主副斜井聯(lián)合揭煤的技術方法，提高了揭煤速度、減少了措施工程量、縮短了工期。新疆某礦在斜井揭煤過程中，采用預抽瓦斯和煤體注漿相結合的防突技術，較好地解決了該礦斜井揭煤防突技術難題。官寨煤礦主斜井設計采用水力壓裂地面預抽技術進行輔助消突。然而，我國于2019 年實施《防治煤與瓦斯突出細則》后，鮮有斜井揭煤的報道。

里必礦主斜井井筒揭煤區(qū)域3 號煤層實測瓦斯含量最大值為19.56 m3/t，相對瓦斯壓力2.45 MPa，均超過規(guī)定臨界值，預測主斜井井筒揭3 號煤層區(qū)域屬突出危險區(qū)。為保證里必礦主斜井安全順利揭煤，本文對主斜井揭煤時的綜合防突技術進行了研究。

全球定位系統(tǒng) 2000年5月2日，美國東部時間午夜過后不久，世界各地的全球定位系統(tǒng)（GPS）接收器收到了一些特別的內容。在此之前，可供民用接收器接收的信號失真嚴重，無法充當可靠的“領路人”。

1 工程概況

里必礦設計生產能力4.0 Mt/a，主采煤層為山西組3 號煤層，煤層傾角平緩，一般不超過7°，煤層厚2.50～6.80 m，平均5.19 m，含夾矸0～3層，結構簡單— 復雜。礦井采取綜合開拓方式，工業(yè)場地內布置主斜井、副立井。主斜井設計斜長1 750 m，井筒凈寬5.4 m，傾角16°，掘進方位角79°00'00"，井口標高+769.00 m，井底標高+286.6 m。井筒采用局部凍結法施工，凈斷面積18.4 m2，掘進斷面明砌段25.9 m2，凍結段30.3 m2，穩(wěn)定基巖段20.7 m2。

為了掌握3 號煤層的層位、厚度、地質構造和煤層瓦斯等參數(shù)，在井筒工作面掘進至距3 號煤層頂板最小法向距離12 m 后，施工前探鉆孔5 個。前探鉆孔采用φ94 mm 取芯鉆頭配φ88mm 巖芯管，穿透煤層全厚且進入煤層底板1 m 以上。前探鉆孔兼做瓦斯含量和瓦斯壓力測定鉆孔，進行區(qū)域突出危險性預測工作。測定結果表明，主斜井井筒揭煤區(qū)域3 號煤層實測瓦斯含量最大值為19.56 m3/t，相對瓦斯壓力2.45 MPa，瓦斯放散初速度△P最大值28.4 mmHg，煤的堅固性系數(shù)f值為0.83。3 號煤層為煤與瓦斯突出煤層，井筒所揭3 號煤層區(qū)域為突出危險區(qū)，需要采取綜合防突措施。

2 揭煤綜合防突措施

里必礦根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細則》要求，主斜井揭煤采取區(qū)域綜合防突措施和局部綜合防突措施相結合的原則，主要工藝流程包括：前探鉆孔探察煤層、區(qū)域抽采防突措施、區(qū)域防突措施的效果檢驗、法距5 m 前區(qū)域驗證、法距2 m 前揭煤驗證、“過煤門”遠距離爆破等。

2.1 區(qū)域抽采防突措施及效果檢驗

由圖1可知，標準曲線回歸系數(shù)R2=0.998 7，大于0.995，可以用于檢測。陽性對照GBW（E）100360檢測結果為0.201mg/kg，符合GB 5009.15-2017[6]關于儀器準確度的要求。

圖1 3 號煤層法距8 m處普通穿層抽采鉆孔布置示意Fig.1 No.3 coal seam normal distance of 8 m ordinary through layer drainage borehole layout schematic

鑒于里必礦井3 號煤層瓦斯賦存條件，單純依靠正常的瓦斯抽采技術實現(xiàn)瓦斯抽采達標所需時間較長，為縮短瓦斯抽采時間，提升瓦斯抽采效果，鉆孔施工過程中對30%的抽采鉆孔煤層段進行掏穴，將φ113 mm 孔機械擴孔至φ260 mm，共計掏煤量62.5 m3，增加煤層透氣性、增大抽采表面積、抽采量，提高煤層瓦斯抽采效率，縮短預抽周期。

1.6 統(tǒng)計方法 統(tǒng)計不同年齡段女性的高危HPV感染率(各個年齡組中高危HPV陽性病例數(shù)／這一年齡組總人數(shù)×100%)。高危HPV各亞型感染率指該亞型單獨或和其他亞型共同出現(xiàn)的感染率，多重感染重復計算。例如某患者檢測結果為HPVl6、

2022 年7 月6 日—7 月7 日，施工5 個取樣鉆孔，對主斜井3 號煤層殘余瓦斯含量進行實測，主斜井揭3 號煤層區(qū)域實測殘余瓦斯含量為4.94～7.76 m3/t，滿足《防治煤與瓦斯突出細則》小于8 m3/t 的規(guī)定，且鉆孔取樣過程中無頂鉆、卡鉆、噴孔以及瓦斯涌出異常等現(xiàn)象。表明主斜井井筒3 號煤層穿層鉆孔預抽揭煤區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施有效，揭煤區(qū)域已消除煤與瓦斯突出危險，可掘進至3 號煤層最小法距5 m 前位置進行區(qū)域驗證。主斜井井筒抽采效果檢驗鉆孔參數(shù)見表1。

表1 主斜井井筒抽采效果檢驗鉆孔參數(shù)Table 1 Main inclined shaft drainage effect test drilling parameters

2.2 法距5 m 前區(qū)域驗證

在主斜井里程1 510.6 m 處，即距3 號煤層法向距離6 m 處，采用鉆屑瓦斯解吸指標法進行區(qū)域驗證。共施工6 個取樣鉆孔，在鉆孔鉆進到煤層時，每鉆進1 m 采集一次孔口排出（風力排渣）的粒徑為1～3 mm 的煤鉆屑，測定其瓦斯解吸指標K1 最大值為0.39 mL·（g·min1/2）-1，滿足《防治煤與瓦斯突出細則》的規(guī)定，且鉆孔取樣過程中無頂鉆、卡鉆、噴孔以及瓦斯涌出異常等現(xiàn)象。表明主斜井3 號煤層揭煤工作面為無突出危險工作面，可掘進至3 號煤層法距2.1 m 前進行揭煤驗證。

2.3 法距2 m 前揭煤驗證

在主斜井工作面揭開3 號煤層前，采用金屬骨架措施來加強支護。該措施的主要作用首先是依靠金屬骨架加強工作面前方3 號煤層的穩(wěn)定性，其次是通過安裝金屬骨架的鉆孔，排放鉆孔附近煤體中的瓦斯并緩和煤體的應力緊張狀態(tài)。金屬骨架措施在主斜井上部和兩側布置兩排骨架孔。骨架鉆孔穿過煤層并進入煤層頂板至少0.5 m，當鉆孔不能一次施工至煤層頂板時，則進入煤層的深度不小于15 m。鉆孔間距小于0.2 m。骨架材料可選用8 kg/m 及以上的鋼軌、型鋼或者直徑不小于50 mm的鋼管，其伸出孔外端用金屬框架支撐或者砌入碹內等方法加固。插入骨架材料后，向孔內灌注水泥砂漿等不延燃性固化材料。

主斜井開拓至距3 號煤層頂板法距8 m 時，在工作面迎頭施工導硐作為抽采鉆場。導硐尺寸為：3.7 m×6.2 m×3.0 m，鋪設0.3 m 厚混凝土建成打鉆平臺，導硐向前掘進時與煤層頂板平行保持8 m法距。導硐底板施工15 排13 列，共計195 個穿層抽采鉆孔，合計鉆孔長度10 072.73 m。其中最外側（前后左右）52 個抽采孔亦為瓦斯攔截鉆孔。鉆孔孔徑為φ113 mm，穿透煤層，并進入煤層底板不小于10 m，增加鉆孔儲水儲渣空間，有效減小孔內積渣對抽采效果的影響。抽采鉆孔布置如圖1 所示。

2.4 揭煤前加強支護措施

在主斜井里程1 521.7 m 處，即距3 號煤層法向距離2.1 m 處，采用鉆屑瓦斯解吸指標法進行揭煤前驗證，共計施工5 個取樣鉆孔，在鉆孔鉆進到煤層時，每鉆進1 m 采集一次孔口排出（螺旋自排渣）的粒徑為1～3 mm 的煤鉆屑，測定其瓦斯解吸指標K1最大值為0.25 mL·（g·min1/2）-1，滿足《防治煤與瓦斯突出細則》的規(guī)定，且鉆孔取樣過程中無頂鉆、卡鉆、噴孔以及瓦斯涌出異常等現(xiàn)象。表明主斜井井筒3 號煤層揭煤工作面為無突出危險工作面，可在采取安全防護措施條件下遠距離爆破揭開3 號煤層。

2.5 “過煤門”階段揭煤

主斜井揭煤工作面施工炮眼102 個，雷管102發(fā)，裝炸藥98 kg。在采取主斜井井口前方50 m、兩側20 m 范圍內停電撤人警戒等安全措施后遠距離起爆揭開3 號煤層。

里必礦主斜井井筒完全揭開3 號煤層長度約29.4 m，遠距離爆破不能一次揭開3 號煤層，當揭煤巷道全部或部分在煤層中掘進時，則進入“過煤門”階段。

煤層掘進階段，采用鉆屑指標法進行煤層段掘進工作面突出危險性預測，鉆屑指標法預測煤巷掘進工作面突出危險性的參考臨界值見表2。此次共歷經9 個循環(huán)的工作面預測，預測K1最大值為0.38 mL·（g·min1/2）-1，最大鉆屑量S值3.4 kg·m-1。9 個循環(huán)預測結果均為工作面無突出危險性。為此，在采取安全防護措施的條件下，實施掘進作業(yè)，掘進至主斜井里程1 583 m，經現(xiàn)場探煤確認，此處頂板距3 號煤層底板法距3.1 m。按照《防治煤與瓦斯突出細則》要求，主斜井井筒揭3 號煤層全部工序結束。

表2 鉆屑指標法預測煤巷掘進工作面突出危險性的參考臨界值Table 2 Reference critical value of drilling cuttings index method to predict the outburst danger of coal roadway heading face

3 揭煤綜合防突措施效果

（2）主斜井井筒從揭開3 號煤層至穿過煤層法距3 m，歷時36 d，揭煤過程中炮后工作面最大瓦斯體積分數(shù)0.68%，炮后回風流最大瓦斯體積分數(shù)0.41%，低于《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，揭煤作業(yè)圓滿成功。

（1）區(qū)域防突措施抽采鉆孔最長抽采時間179 d，最短抽采時間130 d；根據(jù)通風瓦斯報表和瓦斯抽采報表統(tǒng)計，主斜井抽排瓦斯總量為626 724 m3。主斜井揭3 號煤層區(qū)域實測殘余瓦斯含量為4.94～7.76 m3/t，滿足《防治煤與瓦斯突出細則》小于8 m3/t 的規(guī)定，可知區(qū)域抽采措施瓦斯抽采率高，取得了較好的消突效果。

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4 結論

（1）里必礦通過在主斜井掘進工作面迎頭施工導硐作為抽采鉆場，解決了抽采鉆孔施工場地受限問題。采用掏穴擴孔、截流抽采鉆孔、預留儲水儲渣空間等工藝，提高了瓦斯抽采效率，縮短了揭煤工作時間。實施區(qū)域抽采防突措施后，實測殘余瓦斯含量4.94～7.76 m3/t，區(qū)域抽采措施取得了較好的消突效果。

（2）里必礦主斜井“過煤門”階段長達29.4 m，遠距離爆破不能一次揭開3 號煤層，為此采用鉆屑指標法進行了9 個循環(huán)的煤層段掘進工作面突出危險性預測，每次預測工作面無突出危險性后，實施掘進作業(yè)。

3)當錨固段長度較小時，處于彈性變形階段錨固劑-圍巖界面剪應力可近似認為是均布的。隨著錨固長度的增加，錨固始端最大剪應力值逐漸降低，界面剪應力分布不均勻程度增加。

（3）揭煤過程中炮后工作面和回風流中瓦斯體積分數(shù)均低于《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，揭煤作業(yè)圓滿成功。