浅析采煤工作面局部综合防突措施方案设计

时间：2024-07-28

王凯强

（山西石港煤业有限责任公司，山西左权 032600）

山西石港煤业主要开采15#煤层，煤层平均倾角为7°左右，平均厚度为7.18m，为全区稳定可采煤层。采煤工艺为普通综采工艺，回采过程中采用分层开采方式。回采工作面均采用U型通风，即进风巷进风、回风巷回风，同时在工作面15#煤层底板上方垂高35m左右，层位不得低于8.5倍采高的位置布置走向高抽巷。高抽巷在水平方向上与回风巷的距离一般要小于工作面长度的三分之一。针对采空区的瓦斯，在煤层上方的岩层，一般为顶板岩层布置一条抽采巷来对采空区的瓦斯进行抽采。根据山西石港煤业地质探测报告，可知15#煤层瓦斯相对涌出量为77.14 m3/t，并且曾发生过煤与瓦斯突出事故，为煤与瓦斯突出矿井。为保证15#煤层采煤工作面的安全回采，针对15#煤层采煤工作面煤与瓦斯突出防治进行了防突措施方案设计，以期达到有效防范煤与瓦斯突出灾害的目的。

1 工作面突出危险性预测

1.1 预测方法、指标及临界值

根据山西石港煤业目前开采煤层测定的瓦斯基本参数和煤层赋存情况以及预测方法的熟练程度，利用钻屑指标法[1]对山西石港煤业15#煤层采煤工作面煤与瓦斯突出进行预测。钻屑指标法一般所采用的指标认定值为钻屑量值，用符号S表示，还有钻屑瓦斯解吸指标值，用符号K1表示。

为了能够更好地对采煤工作面煤与瓦斯突出进行预测，一般根据所测的钻屑指标法中钻屑量S值和钻屑瓦斯解吸指标值K1确定的安全临界值来进行煤与瓦斯突出危险性预测，根据查阅山西石港煤业地质勘察资料，发现15#煤并没有对应实际可靠的安全临界值，因此通常在这种情况下为了能够使安全临界值拥有明确的参考值，一般需要参照相关规定[2]里给出的指标安全临界值进行煤与瓦斯突出危险性的评估及预测，待有条件在实际工作中具体勘测到15#煤层煤与瓦斯突出指标并确定出临界值之后再进行使用。依据规定给出的参考值如表1所示。

表1 指标安全临界参照值

1.2 预测钻孔布置

根据工作面实际情况进行预测孔布置，预测孔一般布置参数为：孔径Φ42mm，孔深10m，每个预测孔之间的间距为15m。需要注意的是预测钻孔应该尽量在软分层之中进行布置，如果在工作面岩层一定范围内存在地质异常或者地质构造变化带等异常情况，应该在其附近适当增加预测钻孔，避免发生预测结果不准确，导致之后回采工作中危险事故的发生。预测钻孔布置的具体参数如图1所示。

图1 采煤工作面预测钻孔布置示意图

1.3 突出危险性预报

确定一个采煤工作面是否为煤与瓦斯突出的危险工作面，需要有一定的判定标准，这个标准一般为相关测试指标要小于给定的安全临界值。但是为了进一步提高预测安全性系数，需要保证布置在采煤工作面中的任何一个钻孔、任何一次测定结果以及任何一个指标值均小于参考的安全临界值。如果有一个项大于或等于安全临界值，都视为该工作面为突出危险工作面。只有当每一个项指标都小于临界参考值时，才可以判定该工作面为无突出危险工作面。

如果有下列任何一种情况发生，都视为突出危险工作面。

（1）所采煤层赋存情况发生很大程度的变化，如煤层倾角、厚度以及走向等发生了很大变化或无规律性变化；

（2）采煤工作面进入复杂的地质条件区域，如断层、火成岩侵入以及褶皱地带；

（3）地应力变化异常区，如应力叠加地带、应力松弛地带等区域；

（4）采煤工作面出现明显的突出预兆情况。

当预测结果表明工作面为突出危险工作面时，首先需要进行防突工作，然后再对防突措施效果进行有效检验。如果检验防突效果有效，则可以进行下一步工作；如果检验结果为防突措施无效，则需要对其进行补充防突措施，并再次对防突措施进行检验，直到检验效果为有效为止[3]。如果预测结果表明工作面为无突出危险工作面时，必须采取留设大于等于2m的超前距预测孔以及实施一定的安全保护工作的前提下，才可以进行工作面回采，否则不能进行回采工作。

2 工作面防突措施

在判定工作面为煤与瓦斯突出危险工作面后，要进行工作面防突工作，一般除了相关指标超标外，出现喷孔或者卡钻等异常现象都视为危险工作面。根据15#煤层采煤工作面具体情况以及预测指标结果，15#煤层工作面可采用超前排放钻孔[4]。

本设计将与预测指标超标钻孔相邻的两个预测钻孔之间的范围和发生喷孔、卡钻等突出预兆点两侧各15m范围作为工作面防突范围。超前排放钻孔按照双排三花眼布置，排距为2m，倾角为4°，每排16个超前排放钻孔，共32个。在地质构造异常区域应该适当增加钻孔数。采煤工作面超前排放钻孔布置如图2所示。

图2 采煤工作面排放钻孔平面布置示意图

在煤层赋存状况以及周围岩层地质条件未发生太大变化时，超前排放孔应当均匀布置在可控范围内，如果是在煤层的软分层中，可以适当增添排放孔的数量。当煤层赋存状况以及周围岩层地质条件发生明显变化时，应当根据实际情况，对超前排放孔参数进行调整。在钻孔施工完后，对所有排放钻孔至少进行8h以上的排放工作，之后再对其进行措施效果检验。如果检验结果为所测参数大于等于安全临界值或者有卡钻、喷孔等一些突出预兆情况发生时，判定防突措施无效，必须实施相应的补充防突措施，一直到所有指标均已降到安全临界值之下且没有其他突出预兆的情况发生为止。

3 措施效果检验

如图3所示，防突措施检验钻孔沿采煤工作面布置，一般其孔深要小于或等于超前排放钻孔深度，孔径42mm，孔间距为15m。其施工方面的其他指标按照防突预测的相关指标进行施工即可。

图3 采煤工作面检验钻孔布置示意图

根据前文所述的判定方式，如果当检验结果为防突措施无效时，需要增加补防措施，直到相关指标小于安全临界值为止。当检验结果措施有效后，当检验孔深度小于超前排放孔时，注意要保留有2m检验孔超前距，深度相等时没有具体要求。但是两种情况下都需要注意要留足防突措施超前距（正常地带至少3m，地质构造带至少5m）并采取安全防护措施后才可以实施回采作业[5]。