突出煤层石门揭煤工艺研究

郭晓刚

(山西焦煤汾西矿业集团贺西煤矿，山西 柳林 033300)

石门揭煤是矿井生产中的一项危险性较大的工作，容易出现煤与瓦斯突出、瓦斯异常涌出等灾害，如何确保石门揭煤安全一直是矿井面临的现实问题[1～2]。根据有关统计资料，矿井发生大型煤与瓦斯突出地点有90%处于石门揭煤位置，石门揭煤全过程中的危险性较大[3～4]。石门揭煤瓦斯治理通常采取瓦斯预抽方式，并且一些矿井为缩短瓦斯预抽时间，会采取水力压裂、CO2致裂、水力冲孔等措施，现场应用均取得显著效果[5]。山西某矿开采的15号煤层具有突出危险性，但由于煤层本身透气性较好，在石门揭煤过程中不需要采取煤层增透措施，通过施工大孔径瓦斯抽采钻孔即可实现瓦斯有效抽采。本文就以1505石门揭15号煤层为工程背景，对石门揭煤工作中采取的瓦斯治理措施进行分析研究。

1 工程地质概况

山西某矿开采的15号煤层具有瓦斯突出危险性，煤层厚度3.6m，测定的煤层原始瓦斯含量、原始瓦斯压力分别为9.8m3/t、1.6Mpa。煤层顶底板岩层岩性均为泥岩，裂隙不发育。1505石门主要用于3采区煤炭运输以及通风，设计断面为矩形，宽×高=4.5m×3.2m，其采用炮掘方式和锚网喷支护方式。1505石门沿着15号煤层底板以10°倾角揭露煤层，由于15号煤层具有突出危险性，因此在揭煤过程中应制定详细的瓦斯治理措施，以确保整个揭煤工作安全进行。

2 石门揭煤区域瓦斯治理技术

2.1 瓦斯参数测定

在石门揭煤工作面接近揭露的15号煤层之前，就应详细掌握揭煤区域内的瓦斯参数、煤炭赋存形态等。在巷道掘进工作面距15号煤层法线距离10m以上(若遇地质构造、煤岩体破碎时法线距离在20m以上)，在巷道内施工3个探测钻孔，且探测钻孔需穿过15号煤层，终孔进入到煤层顶板500mm以上，通过探测钻孔可以详细掌握揭露的煤层瓦斯含量、压力、煤厚及倾角等。具体该矿在1505石门与15号煤层法线距离相距10m时布置的探测钻孔见图1。

图1 瓦斯参数探测钻孔布置示意图

2.2 区域防突措施

根据1505石门内施工的探测钻孔获取的15号煤层参数，在巷道掘进工作面迎头布置瓦斯抽采钻孔。瓦斯抽采钻孔施工时掘进工作面与15号煤层间法线距离应在7.0m以上，同时布置的瓦斯抽采钻孔应覆盖石门掘进外轮廓线12m。施工的瓦斯抽采钻孔孔径为113mm，终孔间距控制为3.0m，钻孔应深入到煤层顶板500mm以上。当揭煤区域遇地质构造时，应适当增加瓦斯抽放钻孔数量，具体在1505石门内施工的瓦斯抽采钻孔布置见图2。

2.3 效果检验

通过布置瓦斯抽采钻孔抽采瓦斯后，采用直接法测定残余瓦斯含量与残余瓦斯压力，对区域瓦斯治理效果进行检验。取样时布置的钻孔施工地点同样需要满足与15号煤层法线距离在7m以上。检验钻孔应布置在瓦斯抽采钻孔间，且钻孔数量应不小于5个，分别控制石门揭煤区域上、下，左、右及正前方。施工的检验钻孔孔径为113mm。

图2 区域瓦斯抽采钻孔布置示意图

2.4 区域验证

当区域措施效果检验有效、各项指标实测值均小于临界值时，需进行区域验证环节。区域验证采用局部预测的方法进行。如果所测的指标小于临界值且在打钻过程中未发现顶钻、喷孔等异常情况时，则工作面无突出危险性。采取安全防护措施后，巷道可以边探边掘至巷道顶板距15号煤层法向距离2m处，进入远距离爆破揭煤环节。

3 石门揭煤局部瓦斯治理技术

3.1 局部突出危险性预测

在石门揭煤工作面与揭露的15号煤层法线距离在5m时，采用钻屑瓦斯解析指标法对揭露区域内的煤层突出危险性进行预测。具体在1505石门内布置的探测钻孔见图3。

图3 局部突出危险性预测钻孔布置示意图

在对突出危险性进行预测时，应至少布置5个预测取样钻孔，分别控制石门揭煤区域中部、上、下部以及左右两侧。施工的预测钻孔孔径113mm，且探测钻孔应在石门掘进外轮廓线上部，左右两侧3～5m范围内。当揭煤区域内有地质异常时，应增加探测钻孔数量。

3.2 局部瓦斯治理措施

当局部突出危险性预测存在煤层突出危险时，应执行局部防突技术措施，具体在1505石门内施工的瓦斯抽采钻孔具体布置情况见图4。施工的瓦斯抽采钻孔孔径113mm，单个钻孔的瓦斯抽放时间均应在8h以上，钻孔应均匀的布置在揭煤区域，钻孔间距应根据瓦斯抽采钻孔有效抽采半径确定，在1505石门内施工的瓦斯抽采钻孔终孔间距在2.0m，抽采钻孔控制的石门掘进外轮廓线上部，左、右两侧至少5.0m以上，掘进轮廓线下应控制至少3.0m。当采取的抽采钻孔瓦斯排放效果不佳时，可以适当增加瓦斯抽采时间。

图4 局部瓦斯抽采钻孔布置示意图

3.3 局部瓦斯治理效果检验

当在1505石门内执行局部防突措施后，在石门掘进工作面布置效果检验钻孔，孔径113mm，以钻屑指标作为判定指标。施工的检验钻孔应分别控制石门上、下、中部以及左、右两侧，钻孔具体布置情况见图5。

图5 瓦斯治理效果检验钻孔布置示意图

当采取瓦斯治理措施后，检验揭煤区域内煤层无突出危险性时，采用边探测边掘进措施掘进，每班探测层间距，防止误揭穿煤层。直至距离煤层法线2m位置处，进行最后一次验证。将突出危险性预测指标作为验证指标，验证钻孔布置在瓦斯治理钻孔间，孔径为113mm，分别布置在石门揭煤区域的上、下、中部以及左、右两侧，至少布置5个，同时应至少有一个验证孔与探测区域边界距离在2.0m以内。当发现探测区域内地质构造异常时应适当增加验证孔数量，从而提升验证结果准确性。待巷道掘进至煤层法线距离在2.0m时,采用远距离放炮一次性揭露15号煤层。

远距离放炮期间，必须严格控制工作面距15号煤层的法距，确保安全岩柱，准确掌握煤层的层位、产状、顶底板岩性，及时以书面形式通知揭煤领导小组和有关单位。爆破必须严格执行“一炮三检”制度。爆破后必须正常通风30分钟以上，由安全员、瓦检员、放炮员、带班长进入工作面检查。当瓦斯浓度小于0.5%，通风设施完好，机电设备完好，方可进入工作面作业。

4 总结

矿井开采的15号煤层具有瓦斯突出危险性，在对石门揭煤区域内的瓦斯、煤层赋存参数测定基础上，对1505石门揭露15号煤层制定了综合瓦斯治理措施，具体包括区域以及局部瓦斯治理措施两个部分，为1505石门揭煤工作的安全以及顺利开展提供了有效保障。

在1505石门揭露15号煤层耗时35d，布置的区域以及局部瓦斯抽采钻孔共抽放出约2.5万m3，在石门揭煤过程中未出现任何的瓦斯异常以及瓦斯动力现象，表明采取的瓦斯治理措施可以确保1505石门揭露15号煤层安全。