石门岩巷掘进中的防突技术

秦靖宇,赵　毅

(山西煤炭运销集团 晋城有限公司,山西 晋城 048000)

本文主要阐述两方面的应用:一是石门、岩巷掘进期间采用超前钻探掌握施工层位,控制巷顶距煤层的法线距离,以提高地质预报、瓦斯预测预报的质量与准确率,防止误揭煤层;二是采用近煤层掘进防突措施及石门揭煤防突措施,防止瓦斯事故发生。

1　控制岩巷施工层位及巷顶距煤层的法线距离

一方面由于采区大巷、底板抽放巷布置在煤层顶板或底板岩层中，其煤层赋存因地质变化原因,具有突变、骤变的偶然性,且受隐伏的断层、陷落柱等构造影响,因此在掘进期间需利用交叉迈步式超前钻探掩护掘进,严格控制巷顶距煤层的法线距离,必要时采取相应的防突措施。另一方面斜井、工作面顺槽掘进时从岩巷穿层掘进至煤巷中要揭煤,需利用超前钻探探明煤层赋存及地质构造情况,边探边掘,确保揭煤安全。

根据勘探钻孔及巷道实际揭露地质资料设计钻孔,呈扇形布置,设计长度按80 m～100 m一个循环,一组钻孔3～5个,岩巷掘进超前钻探设计示意图见图1。采用水力排粉无芯钻进,根据反水颜色和钻屑判断煤层及顶底板,遇断层、陷落柱等地质构造时,适当取芯钻进，并进行控制。

图1　岩巷掘进超前钻探设计示意图Fig.1　Advanced drilling design for rock roadway excavation

自巷道开口掘进即开始布置钻场进行超前钻探,钻探按循环进行,每循环保留20 m超前距,每循环钻探结束后,根据钻探结果合理调整巷道施工坡度,无需揭煤时,使用超前钻探技术交叉迈步式掩护巷道掘进,可有效控制巷顶距煤层的法线距离，使其处于安全数值,同时,加强了对隐伏的断层、陷落柱等构造的探测与控制。需要揭煤时,则使用超前钻探技术探明煤层赋存情况,控制地质构造参数,有计划地安全揭煤，有效避免了误揭煤层的事故发生。

2　防突措施

2.1　近煤层掘进防突措施

掘进工作面巷顶距煤层法线距离小于10 m时,进行近煤层掘进防突管理。结合煤矿实际情况,由施工区队负责每掘进5 m探测1次巷顶与煤层之间的法线距离,做好记录并及时向防突、地测部门汇报,防突、地测部门要分析查明掘进层位有无异常。当巷顶距煤层法线5 m及更小时,要执行区域综合防突措施,采取穿层钻孔水力冲孔区域综合防突措施。穿层钻孔终孔间距按8 m×8 m进行设计,钻孔数量及参数根据施工地点实际而定,能够确保出煤量及抽采效果达标。施工期间在管路上加装抽放集流器,每施工1个瓦斯抽放钻孔成孔时及时封孔联网进行抽放,抽放时间以所有钻孔浓度均降至10%以下为准。

当区域防突措施均按规定施工达到设计要求时,要进行区域防突措施的效果检验,采用测定瓦斯含量的方法进行,若检验指标低于临界值,可在采取安全防护措施的情况下,边探边掘,反之,则要执行补充防突措施,直到措施有效为止。采取以上防突措施,可在巷道近煤层掘进期间有效进行消突卸压,避免瓦斯事故的发生。

2.2　石门揭煤防突措施

石门揭露突出煤层前,根据超前钻探成果,充分掌握煤层赋存情况及地质条件,分析确定揭煤点位置,进行揭煤防突管理。首先测定揭煤区域煤层瓦斯含量,确保独立通风系统、风电闭锁装置可靠。其次采用钻屑瓦斯解吸指标法对工作面进行区域验证,预测钻孔数根据晋城矿区平均煤厚一般取4个,其中揭煤巷道中间1个,其余3个孔位于揭煤巷道上部和两侧,终孔位于巷道四周轮廓线外5 m范围,区域验证钻孔设计示意图见图2。当钻进煤层后必须采用风力排粉,每钻进1 m采集1次孔口排出的煤钻屑,测定其钻屑瓦斯解吸指标,当测定指标均小于临界值且无异常情况时,巷道可继续掘进,掘进过程中连续性进行区域验证,如出现测定指标大于等于临界值时,则需执行局部防突措施进行瓦斯抽采。

图2　区域验证钻孔设计示意图Fig.2　Design diagram of borehole regional verification

局部防突措施采用直径≥94 mm的措施孔,孔深为穿过煤层进入岩层0.5 m为止,终孔间距按照3 m进行布孔,能够控制巷道两侧12 m范围的煤体。施工时先施工中间孔,再逐渐向两侧施工,技术人员根据钻进情况及时修改钻孔参数,使钻孔充分发挥作用。每完成1列钻孔后要及时封孔并联网进行抽放,局部防突措施的效果检验依然采用钻屑瓦斯解吸指标法进行,在采取安全防护措施、进行连续效果检验且指标不超的情况下,掘至巷顶距煤层法线1.5 m处,可以开展揭煤前的准备工作,采用导硐式远距离爆破揭开煤层。

3　结束语

隐伏的断层、陷落柱严重影响着煤矿安全与生产,大型构造所派生的小构造更加多种多样,对煤厚变化起着显而易见的控制作用。利用超前钻探探清煤厚、断层产状、褶曲产状、陷落柱等地质参数,为防突工作提供了基础资料。岩巷近煤层掘进、揭煤期间,采用区域防突措施与局部防突措施进行消突,可实现抽采达标,在煤矿中有着广泛应用。