高瓦斯突出煤层掘进施工存在的不安全问题的探讨

1 矿井基本情况

冀中能源峰峰集团大淑村矿位于峰峰集团东北部, 于2004年1月1日正式投产, 设计生产能力90万t/年, 服务年限59.6年。2006年核定生产能力为125万t, 2008年技改后核定生产能力为150万t。矿井开拓方式为立井、单水平、分区式上下山开拓, 井田划分为东、西两个生产采区, 三采区、四采区两个开拓准备采区, 矿井生产水平为-450水平。井田内主要含煤地层为石炭系太原组和下二叠系山西组, 2#煤 (大煤) 位于山西组中下部, 煤层厚度2.99m~7.33m, 平均5.54m, 顶板为4m厚的深黑灰色粉砂岩, 煤层稳定, 煤厚变化小, 夹石0~3层, 分层厚0.1m, 属于稳定可采煤层。4#煤 (野青煤) 位于太原组顶部, 下距5#煤15m~20m, 厚度0m~1.90m, 平均1.10m, 顶板为野青灰岩, 厚0.44m~3.13m, 为一对比可靠、结构简单、大部分地区较稳定、局部不可采的薄——中厚煤层。

2 矿井瓦斯情况

2002年12月经抚顺煤科分院鉴定, 对开采2#和4#煤层瓦斯含量进行鉴定, 2#煤层瓦斯含量为14.28m3/t~14.79m3/t, 瓦斯压力为0.96MPa, 煤对瓦斯的吸附常数a、b值分别为:38.59m3/t和0.78MPa-1, 孔隙率为18.54%。4#煤层瓦斯含量为12.32m3/t~13.8m3/t, 煤对瓦斯的吸附常数a、b值分别为:3 2.4 6 m 3/t和0.9 4 2 M P a-1, 孔隙率为13.2%, 煤层透气性系数为λ=0.861m2/MPa2·d, 大于0.1m/MPa2·d, 通常认为是可以抽放煤层。2005年3月, 经煤炭科学研究总院抚顺分院鉴定、河北省煤矿安全生产监督管理办公室批复, 确定大淑村矿为瓦斯突出矿井, 2#煤层为突出煤层。2005年矿井瓦斯鉴定结果为:绝对瓦斯涌出量为48.38m3/min, 相对瓦斯涌出量为25.24m3/t, 2007年鉴定矿井绝对瓦斯涌出量为55.34m3/min, 相对瓦斯涌出量为31.9m3/t, 2#煤层瓦斯压力0.96MPa, 煤层透气性系数λ=0.86m2/MPa2, 属较难抽煤层。2007年12月, 由煤炭科学院抚顺分院进行了《2#煤层煤与瓦斯突出防治技术研究》, 其结论为:大淑村矿2#煤层采用Φ75mm超前钻孔之有效排放半径为0.7m。2#煤层瓦斯抽放半径R=4.0m。2#煤层的突出预测敏感指标为Δh2, 其临界值为Δh2=180Pa, 并辅以测定钻屑量 (S=6kg/m) 来提高突出预测的准确率。预测过程中只要有任意一个指标超过临界值, 工作面均定性为突出危险工作面;预测过程中若有喷孔、顶钻和响煤炮等现象时, 该工作面均预测为突出危险工作面必须采取防治突出措施。

注:钻孔深度1 5 m~2 5 m, 根据循环进度选择确定。

3 掘进施工中的瓦斯探放工作

在高瓦斯突出矿井掘进过程中, 首先要干的工作不是如何加快掘进速度, 提高单进, 而是先要按照该地区的设计要求打设瓦斯释放钻孔和瓦斯预测钻孔, 通过这两项工作的施工, 虽然解决了瓦斯突出的问题, 但却对巷道的两帮的稳定性和完整性进行了破坏, 从而造成巷道易片帮和巷道超宽, 给施工带来了不安全的问题。

为了解决这个问题我们进行了大量的实践探索和调研活动。根据我矿的实际情况我们进行了分析。在轻放工作面2#煤大煤掘进施工中, 如果掘到未保护区一般要打至少四排共28个、深度15m的Φ75mm的钻孔 (钻孔布置见图1) , 钻孔要控制巷道轮廓线外8m范围以上及工作面正前10m以上。野青保护层工作面掘进期间, 无论有无突出危险性, 也都要按照设计要求先打瓦斯释放孔和预测孔, 打瓦斯释放孔要按要求打设深度15m、Φ75mm钻孔9个, 同样钻孔也要控制巷道轮廓线外8m范围以上及工作面正前10m以上掘进范围。无论是2#煤还是4#煤 (野青煤) 打完每一次钻孔后, 如果预测不超, 每一个循环只能向前掘进5m, 掘完之后再打钻孔, 再预测, 合格后再掘进一个5m, 经过如此不断地向前循环, 才能掘进完该地区的巷道。

4 问题解决的方法与探讨

发现这个问题后, 以往的处理方法是煤帮刷帮到实帮追打帮锚杆, 而后对超宽0.5m以下的巷道每隔1.5m~2m加打Φ180mm以上的圆木点柱, 对超宽0.5m以上的巷道采取摆木垛的方法进行加固。这种施工方法虽然解决了巷道超宽的问题, 但是却增加了生产成本的投入。为了解决这一问题, 我们经过走访和现场调研后, 找到了一个既节省生产成本投入、又保证了巷道施工安全的方法, 即对巷道超宽的地段采用每隔两米打一Φ180mm以上的圆木点柱, 在实帮打注锚杆后采用水泥编织袋就地装满巷道内的活砟或活煤后, 在点柱以里象磊墙一样码放接顶进行往回充填, 即解决了巷道超宽的支护安全问题, 又达到了降低材料成本的目的。经过一段时间的试验和不断的实践总结, 已取得了一定的效果, 从长久情况来看还有待于进一步验证和完善。

摘要：结合大淑村矿高瓦斯突出煤层掘进工作面施工遇到的安全问题, 介绍了高瓦斯掘进工作面掘进所采取的具体有效措施及安全防护经验, 具有普遍的现实和指导意义。

关键词：高瓦斯,施工安全