煤礦防突工作中常見問題及對策

焦鵬

摘要：從現狀看，煤礦開采保護層的防突技術，不僅構建了可用的保護路徑，并且有效的阻止了現有的瓦斯突出。礦井開采銜接著的保護層，被用在偏高的瓦斯層級以內。通過開采保護層，來解放現有的被保護層，釋放這一體系內的瓦斯，這就限制了瓦斯突出帶來的威脅。要設定精準的開采路徑，解放現有的被保護層，維護好現有的工作面?；诖?，本文就煤礦防突工作存在的問題及對策進行了淺談。

關鍵詞：煤礦防突問題對策

中圖分類號：X752文獻標識碼： A

一、工程概況

（一）工程概述

礦井設計生產能力1.2 Mt/a，采用立井兩水平上下山開拓；通風方式為中央并列式，采用傾斜長壁采煤法。礦井主采己15煤層，瓦斯含量在 7.97～ 16.37 m3/t之間，平均12.0 m3/t；實測瓦斯壓力在 0.30～ 3.10MPa，煤層突出危險嚴重。為了保證礦井長治久安，實現“不掘突出頭、不采突出面”的防突目標，在礦井11011 回采工作面采用底板巷穿層鉆孔高壓水射流卸煤增透技術和順層鉆孔預抽回采區域瓦斯作為回采區域防突措施，多措并舉，應抽盡抽，實現了該工作面抽采達標，有效地消除了突出危險性。

（二）工程面概況

11011 工作面是該礦井首采工作面，走向長度1000 m，傾斜長度150m，其中，可采長度為 770 m，可采儲量41.47萬噸。根據實際揭露地質資料分析，該工作面煤層賦存穩定，在掘進膠帶運輸巷期間煤層厚度輕微變化，從2.3m增厚至2.9m。軌道運輸巷煤厚2.2～3.1 m，平均厚 2.8 m。煤層呈粉末狀，含少量塊狀，結構簡單，局部含夾矸1～2 層，有分叉現象。在11011 工作面掘進過程中采用井下直接法測定工作面煤層原始瓦斯含量，測定結果最大值為16.37 m3/t，最小值為10.07m3/t，平均值為12.44m3/t

二、煤礦防突工作中常見的問題

（一）煤礦突出危險性的預測工作不規范。對煤礦的安全生產而言，對突出危險性進行準確的預測是防突出的第一個也是最為重要的環節之一。如果能夠成功的對突出危險進行有效的預測，就為消除工作面的突出危險性提供了時機，增加了安全生產的幾率。但是，倘若預測鉆孔并沒有按照規定去施工，就難以準確預測工作面的突出危險性，這對工作面的防突工作將會造成嚴重的威脅，工作面在施工過程時就極易發生突出事故，使煤礦生產的生命財產安全受到威脅。因此，在施工預測鉆孔的過程中，應該按照規定的角度和位置，以特定的深度和操作規范去施工，同時按照要求對有關參數進行測定，只有這樣，才能夠獲得準確的預測數據，為突出信息的生成提供客觀的依據。

（二）難以及時發現瓦斯突出的征兆。在煤礦開采過程中，突出事故的發生往往都有一些征兆，這些征兆以瓦斯的變化最多，無論是工作面炮后瓦斯濃度的增大，還是工作面作業時瓦斯濃度的異常變化，都能夠被視為是一種突出的征兆。但是，瓦斯突出是一個典型的動態過程，其隨機性很強，這就對防突工作提出了很高的要求，如果無法及時的發現征兆和采取有效的措施，就極有可能因此而產生生命和財產損失。從這一點講，煤礦的各級人員，包括管理人員、瓦檢員、安監員和施工隊的職工等，都應該全面的密切關注工作面和回風流瓦斯的變化情況，實時監測，加強預警掌握第一手資料，如果發現瓦斯異常就應該第一時間采取有針對性的措施。

三、可用的防突路徑

（一）設定的預測路徑

著手去采掘以前，要對現有的工作面，設定出可用的突出危險性預測方法。這樣的預測，要整合起定性及定量路徑。其中，定量預測要依循這一體系內的區域劃分，把瓦斯涌出的初速度設定成q，把鉆屑量設定成s；定性預測數據及方法要依循防治煤與瓦斯突出管理規定，以便確認這一情形下的危險面。具體而言，在煤層固有的破壞帶以內，要辨認出危險面，包括現有的褶皺及斷層、侵入態勢下的火成巖。煤層原有的賦存條件，若會劇烈更替，或者原有的采掘應力更替，那么可以辨識出危險面。采掘流程內，若發覺到頂鉆及特有的噴孔狀態，或者工作面莫名凸起，也可辨識出潛藏的危險。

在突出危險偏大的區段內，要增加原有的突出危險性預測次數，減小這一指標固有的臨界數值，或者增加固有的超前距。只有這樣，才能提升突出危險性預測的成效性。煤層中的瓦斯賦存狀態，會影響到預測數值，要發揮出地質工作應有的向導價值，探究這種臨界值的潛藏規律。

（二）安全管控的辦法

在突出的區段以內，都建構了特有的回風巷；專門的這種巷道，采掘面應安設獨立架構內的回風體系。這樣一來，體系內的回風，就直接進到了專用的回風巷道。距離偏大的爆破、安設反向方位內的風門、安設特有規格的逆止閥、安設隔離態勢下的自救器，都歸屬于這一類別的安全管控。在這之中，避難必備的硐室、防突架構內的反向風門，要依循現有的規則，予以建造和管控，以便回避掉建構程序內的弊病，提升這種風門應有的堅固特性及抗災特性。還要在風門這一方位內，安設查驗瓦斯必備的逆流設施。這樣一來，在查驗到逆流時，就可斷掉體系內的風側電源。

綜掘工作面，若遇到偏復雜的構架，就要替換成炮掘這樣的辦法。對這樣的采掘面，予以爆破，就要依循遠距離情形下的爆破規則。在躲避這種爆破時，也要依循既有的規則。在爆破之前，放炮員要查驗場地內的狀態，并匯報給關聯著的變電所及關聯著的調度室。銜接著防風門的那種門墻，要安設合格的逆止閥。在這之中，建構用到的鐵皮，不要超出 5 毫米；逆止閥搭配的鐵板，至少帶有 6 毫米這樣的厚度。

四、煤礦掘進防突技術

（一）超前排放鉆孔防突技術措施

1.鉆孔瓦斯流量衰減規律

根據煤層瓦斯流動理論可知，當流動性質為非穩態時，鉆孔瓦斯流量隨著時間的延長呈衰減規律而變化。鉆孔瓦斯流量的變化規律基本上符合負指數方程，即：

（1）

式中

q(t)——百米鉆孔瓦斯流量，m3/(min·hm)；

q0——鉆孔的初始瓦斯流量，m3/min；

α——鉆孔瓦斯流量衰減系數，d-1。

2.鉆孔布置間距理論方程式建立

根據鉆孔瓦斯流量衰減規律方程式(1)，推算經t(d)時間單孔抽放的瓦斯總量為：

（2）

式中

Qc——經t(d)時間單孔抽放的瓦斯總量，m3；

q(t)——百米鉆孔經￡日排放時的瓦斯流量，m3/(min·hm)；

l——鉆孔長度，m；

t——抽放時間，d。

而鉆孔單孔控制范圍內煤體瓦斯儲量QH為：

（3）

式中

ρ——煤的密度，t/m3；

M——煤層平均厚度，m；

H——鉆孔間距，m；

W——煤層原始瓦斯含量，m3/t。

則經t(d)時間瓦斯抽出率η應為：

(4)

即以抽出率作為指標，確定鉆孔布置間距的理論方程式為：

(5)

式中

η——預抽瓦斯率，%。

其它符號意義同上。

11011工作面運輸巷自2008年10月開口后，曾發生過一次瓦斯突出，突出煤量90t、瓦斯量26468m3。掘進期間噴孔、頂鉆及響煤炮等動力現象十分嚴重，采用大直徑或小直徑超前排放鉆孔防突措施。R值綜合指標法效果檢驗，采取措施重復率高，巷道掘進速度僅為28m/月?；仫L巷掘進期間采用超前排放鉆孔防突技術措施，效檢超標率也達到13.8%。

采用超前排放鉆孔防突措施初期，雖起到了一定的防突效果，但由于該區域突出危險性強，煤體透氣性差，致使措施占用時間長，重復率高，嚴重影響了掘進施工和采掘接替。

（二）回采區域防突措施

1.穿層鉆孔。在 11011 工作面軌道、膠帶運輸巷底板巷距 11011 工作面切眼 65 m 位置以外開始向11011 工作面施工穿層鉆孔，鉆孔每隔 5 m 一排，每排5 個抽采鉆孔，孔間距為 8 m； 在 11011 工作面切眼底板巷距 11011 膠帶運輸巷底板抽采巷1. 3 m 位置開始向 11011 工作面施工穿層鉆孔，鉆孔每隔4 m 一排，每排 9 個抽采鉆孔，孔間距為 6m，各鉆孔施工均進入煤層頂板 0. 5 m 以上，均勻控制11011 工作面中間回采區域范圍。鉆孔施工完畢后，按巷道掘進區域措施相同標準進行卸煤增透。

2.順層鉆孔。在 11011 工作面軌道運輸巷、膠帶運輸巷掘進的同時，緊跟掘進工作面50 m 范圍內，軌道、膠帶運輸巷相向施工順層抽采鉆孔，鉆孔由終采線開始施工，孔深65 m，鉆孔孔徑為94 mm，孔間距1.8 m，距巷道底板1.4 m，從軌道、膠帶運輸巷進行順層對抽，留有相互交叉 10 m 的重疊區，鉆孔傾角與煤層視傾角一致。

五、煤礦防突關鍵技術的應用及其效果

（一）正確選擇、編制防突措施。根據煤層不同采區、不同的生產條件和突出的特點，在制訂防突措施中應該正確選擇防突措施。一般而言，回采工作面的瓦斯來源有兩個：一個是開采煤層本身的瓦斯，另一個是圍巖好鄰近煤層涌出的瓦斯。大量的實踐證明，綜采工作面的瓦斯涌出量一般是普、炮采工作面瓦斯涌出量的2倍還多。因此，瓦斯涌出量大的礦井，需要采取抽放的措施。在瓦斯涌出量較大的綜采工作面，單純采用加大風量的方法排除瓦斯，會使工作面的風速大大增加。而風速增大后，將會造成工作面煤塵飛揚與溫度的降低，使勞動條件逐漸惡化。而在采用瓦斯抽放后，不但能夠減少工作面的通風量，抽放出的瓦斯還可以利用。

（二）確定鉆孔的位置。首先要布置防突措施鉆孔的位置，因為在防突工作中，鉆孔位置的確定是最為重要的一環，它直接決定著在挖掘較深處的時候鉆頭能否正常的工作，能否安全的釋放瓦斯，并保證工作的過程中一個合理的瓦斯濃度。為此，在鉆孔期間，應每隔一定距離在巷道的兩邊各安置一個抽放鉆場，同時每個鉆場要安置四個和鉆孔位置平行的抽放鉆孔，兩個鉆孔為一組，采用上下放置的形式，保證鉆孔的方向，一般情況下，鉆孔應平行于巷道放置，同時不能特別貼近巷道。在防突措施中，還要通過高壓注水等的方式，而在采取高壓注水作業之前，應該準確計算出工作地點所在煤層和周圍環境之間的各個參考系數。

（三）提高技術水平，調整抽放系統。在煤礦開采的過程中，掘進掛耳抽放一般要受到封孔質量和打鉆技術等因素的影響，致使抽放的效果處于較差的水平。因此，有必要對相關的人員進行技術培訓，通過必要的方式改進打鉆工藝、提高封孔質量，最大限度的改善抽放效果。比如，移動抽放系統的功率不足，容易造成孔口負壓低、抽放流量小、真空度低的情況，最終影響到抽放效果，為此，需要增加井下抽放泵功率，以此來實現系統之間的匹配，滿足安全生產的需要。

（四）推廣應用防突消突新技術。實施高位巷抽放代替高位鉆孔技術，可以使抽放效果顯著提高，同時采前預抽或邊采邊抽的方法，縮短抽放時間，彌補鉆孔工程量不足、封孔質量差、抽放系統不匹配以及管理不到位的缺陷。進一步的，要通過增加鉆孔工程量、提前預抽、加強技能管理、保證封孔質量的方法，全面的改善抽放效果。同時，在開采鄰近保護層、穿層鉆孔抽放方面，工作面開采前采取回風和運輸平巷同時布置長鉆孔進行煤層注水，增加煤的可塑性，可減小工作面前方的應力集中，減緩煤體彈性潛能和瓦斯潛能的突然釋放，降低或消除煤層的突出危險性。

結束語

防突及瓦斯治理工作是一項系統工程，要準確把握措施選擇、設計、施工、驗收及效果檢驗等各個環節和各項工作之間的內在聯系，切實保證措施有效，使礦井的防突及瓦斯治理工作上一個新的臺階。

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