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底抽巷預(yù)抽煤層條帶區(qū)域防突技術(shù)研究與應(yīng)用

文檔作者：滑俊杰，張明杰，華敬濤文檔來源：河南理工大學(xué)安全學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月28日
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煤礦現(xiàn)代化 201 1年第1期 總第100期
底油巷頰抽煤層條帶區(qū)域踮突技術(shù)研究與應(yīng)用
滑俊杰，張明杰，華敬濤
(河南理工大學(xué)安全學(xué)院，河南焦作454000)
摘要為了保障突出煤層煤巷掘進(jìn)安全，在強(qiáng)突出煤層利用煤層底板抽放巷穿層預(yù)抽
煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施，降低煤層瓦斯含量與瓦斯壓力梯度，改變煤體應(yīng)力分布。測(cè)
定煤層殘存瓦斯含量進(jìn)行效果檢驗(yàn)，局部瓦斯大的區(qū)域采取增透措施提高抽放率，實(shí)現(xiàn)突出
煤層向非突出煤層轉(zhuǎn)化，消除煤層突出危險(xiǎn)性。
關(guān)鍵詞底板巖巷；預(yù)抽條帶；效果檢驗(yàn)
中圖分類號(hào)：TD712~．5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—0797(201 1)01—0042—03
1 引言
煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦生產(chǎn)中的一種極其
復(fù)雜的地質(zhì)動(dòng)力現(xiàn)象，能在極短的時(shí)間內(nèi)由煤體向巷
道空間噴出大量的煤與瓦斯，造成窒息和爆炸條件，
致使風(fēng)流紊亂或短時(shí)逆轉(zhuǎn)，對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)構(gòu)成極
大威脅l】l。
在煤礦開采過程中，隨著開采深度增加和開采強(qiáng)
度增大，煤層瓦斯含量和地應(yīng)力增大，突出危險(xiǎn)程度
更為嚴(yán)重。原有的排放鉆孔、淺孔松動(dòng)爆破、邊掘邊抽
等局部瓦斯治理措施㈣，已不能有效地解決措施施
工和掘進(jìn)相集中的問題，致使采掘失調(diào)。鶴煤六礦在
煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域施T底板抽放巷，施工密集穿
層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯，經(jīng)過抽放有效周期
后，在局部高瓦斯區(qū)域采用水力沖孔增透措施來增加
煤體透氣性，提高預(yù)抽效果，利用預(yù)抽條帶和水力沖
孔相結(jié)合的區(qū)域綜合性消突措施，降低突出煤層突出
危險(xiǎn)性，有效解決煤巷掘進(jìn)過程中的防突安全問題。
2 預(yù)抽條帶區(qū)域防突技術(shù)
2．1 區(qū)域防突措施的必要性
目前區(qū)域防突技術(shù)只有開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層
瓦斯兩大類 。開采保護(hù)層是最有效的防突措施，但
鶴壁礦區(qū)煤層為單一厚煤層，缺乏開采保護(hù)層的條
件，所以鶴壁礦區(qū)區(qū)域防突措施只能采用預(yù)抽煤層瓦
斯措施。鶴煤六礦作為突出危險(xiǎn)嚴(yán)重的礦井，隨著開
采深度的增加，地應(yīng)力和煤層瓦斯越來越嚴(yán)重，瓦斯
突出危險(xiǎn)性增大，導(dǎo)致采掘作業(yè)難度加大，尤其是工
作面下順槽的掘進(jìn)T作進(jìn)行緩慢，嚴(yán)重影響了礦井采
掘正常接替。為此實(shí)施區(qū)域防突措施勢(shì)在必行，針對(duì)
工作面煤巷掘進(jìn)問題施工煤層底板抽放巷，利用穿層
孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯，解決煤巷掘進(jìn)過程中瓦斯
問題，保障礦井安全生產(chǎn)。
2．2 區(qū)域防突參數(shù)及措施制定
提高瓦斯抽放率是制約瓦斯抽放的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)
節(jié)，煤層瓦斯抽放效果的主要因素除了煤層本身含瓦
· 42 ·
斯條件外，還取決于煤層透氣性及鉆孔工藝參數(shù)、鉆
孔孔底間距。抽放時(shí)間和有效抽放半徑成正比關(guān)系，
鉆4L4L徑根據(jù)技術(shù)水平、煤體硬度及抽放半徑確定，
選擇75—1 10mm為宜。根據(jù)鶴壁礦區(qū)長(zhǎng)期的抽放資
料，底抽巷穿層孑L有效預(yù)抽時(shí)問大致為6個(gè)月，抽放
半徑2．5～3m，因此鉆孔孔底間距定為5m；為了保證
鉆孔封孔質(zhì)量，采取立同安和水泥砂漿聯(lián)合封孔，封
孔深度8m。鉆孑L經(jīng)過有效抽放周期3～6月后，瓦斯
抽效果率逐漸降低，可采取深孔預(yù)裂爆破、水力沖孔、
煤層注水等增透措施，提高煤層透氣性和瓦斯抽放
率
3 底板抽放巷區(qū)域防突技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
3．1 試驗(yàn)區(qū)域概況
鶴煤六礦2145 T作面地面標(biāo)高為+158．15一
+187．29m，工作面標(biāo)高?300 380m，掘進(jìn)工作面起
伏較為平緩。該工作面走向長(zhǎng)度890m，傾向長(zhǎng)度
129m，煤厚4．77～11．5m，平均8．39m。煤層傾角21。
～ 28。，平均25．3。。工作面范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，掘
進(jìn)范圍內(nèi)穿過74—7背斜翼部， 軸部距切眼上口
150m，受該構(gòu)造影響，煤層產(chǎn)狀變化大，傾角不穩(wěn)定，
局部頂板凸凹不平。工作面揭露一條斷層6F5斷層，
走向69。、傾向159。、傾角55。、落差7m、位于切
眼上口向下40m，對(duì)于瓦斯賦存有一定的影響。該區(qū)
域原始瓦斯含量為16．87m ／t，瓦斯壓力為1．41MPa，
煤的透氣性系數(shù)為1．2～1．8mV(MPa ·d)，屬于可以抽
放煤層，煤的堅(jiān)同性系數(shù)為0．24。
3．2 穿層鉆孔技術(shù)參數(shù)與施工
2145底抽巷穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯沿走向以控
制下順槽條帶為原則，由于煤層為傾斜煤層，鉆孔沿
傾向布置控制巷道位置以及其上幫輪廓線外至少
20m，下幫至少10m。抽放鉆場(chǎng)內(nèi)布置抽放鉆孔7排，
每排5個(gè)，共35個(gè)鉆孔，鉆孑L終孔間距5m。鉆孔采用
市固安配合水泥沙漿聯(lián)合封孔，封孔深度為8m，每組
5個(gè)抽放鉆孑L都連接1個(gè)1．5英寸的孑L板進(jìn)行抽放濃
度和流量考察，最后集流器連接至抽放泵站主管路上
煤礦現(xiàn)代化 201 1-r第l期 總第100期
進(jìn)行抽放。
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圖1 2145底抽巷穿層鉆孔剖面布置示意圖
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突出危險(xiǎn)，效果顯著。但在距一橫川300m、550m和
650m處，瓦斯含量超標(biāo)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在距一橫川
300m和550m附近發(fā)現(xiàn)落差為2．5m左右的小斷層，
對(duì)瓦斯賦存有一定的影響。距一橫川I 650m處為
74—7背斜翼部和軸部，而煤層直接頂為致密深灰色
砂質(zhì)泥巖，對(duì)瓦斯有封閉作用，受該地質(zhì)構(gòu)造影響，局
部瓦斯賦存異常，說明構(gòu)造對(duì)局部瓦斯有很大的影響
作用。為了消除煤層突出危險(xiǎn)，在瓦斯含量超標(biāo)位置
采取穿層鉆孔水力沖孔增透補(bǔ)充措施，增加煤層透氣
性，提高鉆孔抽放率，消除煤層突出危險(xiǎn)。
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圖2 2145底抽巷穿層鉆孔終孔位置布置示意圖
33 穿層鉆孔預(yù)抽效果
穿層鉆孔施工有效抽放煤孔長(zhǎng)度為13307．5m，
累計(jì)抽出瓦斯143．22萬m，，在穿層鉆孔抽放控制條
帶內(nèi)鉆孔噸煤瓦斯抽放量為2．74m3／t，瓦斯抽放率為
55％。底板抽放巷進(jìn)行穿層鉆孔抽放，封孔段存在于
巖石鉆孑L，受動(dòng)壓和其它因素影響較小，封孔嚴(yán)密，單
組瓦斯抽放濃度在30％以上，較本煤層預(yù)抽鉆孔提
高近2倍。抽放負(fù)壓保持在20kPa以上單組鉆孔混量
為0．3m3／min，瓦斯?jié)舛热匀婚L(zhǎng)期穩(wěn)定在15％以上，起
到了顯著的抽放效果。
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6一 6—29 ／一l9 8—8 8—28 9—1 7 lo一9 lO一29
瓦斯抽放時(shí)間／日期
圖3 2145底抽巷穿層鉆子L抽放濃度、抽放混量示意圖
3．4 穿層鉆孔區(qū)域措施效果檢驗(yàn)
在2145底抽巷進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理預(yù)抽煤層瓦斯
6個(gè)月后，利用測(cè)定煤層殘存瓦斯含量法來進(jìn)行區(qū)域
措施效果檢驗(yàn)。在煤巷條帶每間隔50m布置1個(gè)檢
驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)，檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)交錯(cuò)布置在下順槽兩幫穿層鉆
孔見煤點(diǎn)的中間位置，成均勻分布狀態(tài)，在地質(zhì)構(gòu)造
復(fù)雜區(qū)域適當(dāng)增加檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)。
從圖4中可以看出穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層
瓦斯區(qū)域防突措施效果明顯，14個(gè)檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)占
78．6％殘存瓦斯含量小于8m3／t，明顯降低了煤層瓦斯
圖4 2145底抽巷殘存瓦斯含量測(cè)量結(jié)果
3．5 增透補(bǔ)充措施施工及效果
在2145底板抽放巷抽放后，選擇瓦斯殘存含量
較高的地段進(jìn)行水力沖孔試驗(yàn)， 沖孔水壓保證在
IOMPa以上，沖孔過程中出現(xiàn)劇烈的噴孔現(xiàn)象，瓦斯
涌出增大。從表1可以看出沖出煤量平均6．75t，抽放
濃度有原來的10％ 15％變?yōu)?5％ 40％，提高了3
倍。按煤層容重1．38t／m，計(jì)算，沖孔后鉆孔孔徑變位
0．5m，鉆孔孔徑擴(kuò)大至原來5倍左右。抽放半徑由原
來的2．5m變?yōu)?m。沖孔后孔徑增大，鉆孔問裂隙貫
通，瓦斯得到充分釋放，達(dá)到提高抽放效果的目的。在
超標(biāo)位置共施工4個(gè)沖孔鉆孔，帶抽后跟蹤觀測(cè)瓦斯
抽放情況，效果顯著。
表1 水力沖孔試驗(yàn)效果
煤孔深度，m
出煤量／t孔一
卸壓半徑，m
抽放增量，倍
3．6 增透補(bǔ)充措施效果檢驗(yàn)
在局部殘存瓦斯含量超標(biāo)位置水力沖孔增透措
施后，經(jīng)過預(yù)抽后重新進(jìn)行殘存瓦斯含量測(cè)定，檢驗(yàn)
補(bǔ)充措施效果。
表2 2145底抽巷殘余瓦斯含量補(bǔ)充測(cè)定結(jié)果
從表2中可以看出3個(gè)地點(diǎn)的瓦斯殘存量都小
于8m ／t，達(dá)到了區(qū)域預(yù)抽效果，說明了水力沖孔增透
措施有利于解決因煤層地質(zhì)構(gòu)造等因素引起的局部
瓦斯異常問題，增強(qiáng)煤層透氣性，提高預(yù)抽效果。經(jīng)過
· 43 ·
一 一 一 一 一
煤礦現(xiàn)代化 201 1年第l期 總第100期
深孔爆破預(yù)裂技術(shù)在治理沖擊地壓中的應(yīng)用
樊晶
(濟(jì)寧三號(hào)煤礦，山東濟(jì)寧272169)
摘要濟(jì)三煤礦63下03工作面輔順多次發(fā)生沖擊地壓，主要原因是堅(jiān)硬頂板積聚
彈性能量，在采動(dòng)中老頂不規(guī)則破斷促使積聚的彈性能量突然釋放，造成沖擊地壓發(fā)生。為
徹底解除沖擊地壓危險(xiǎn)，本文介紹濟(jì)三煤礦研究利用了深孔爆破預(yù)裂技術(shù)爆破預(yù)裂老頂，達(dá)
到了治理沖擊地壓的目的。
關(guān)鍵詞沖擊地壓；深孔爆破；參數(shù)；卸壓
中圖分類號(hào)：TD324+．2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1009—0797(201 1)01—0044—02
濟(jì)三煤礦63下03工作面位于六采區(qū)中部，東臨
63下02采空區(qū)，西臨63下04 作面(尚未回采)。
T作面走向長(zhǎng)度2057．8m，面長(zhǎng)239．8m，采深一680～
一700m，煤層厚度2．8～6．8m，平均厚度4．75m。直接頂
為粉砂巖及粉細(xì)砂巖互層，深灰色，致密堅(jiān)硬，f_4～
6，局部無直接頂。老頂為中砂巖，厚度7．83～27．45m，
平均厚度20．51m，灰白色，致密堅(jiān)硬，f==9～12。底板
為粉砂巖，厚度0～3．2m，淺灰色，f_4～6。
1 采用深孔爆破預(yù)裂技術(shù)的原因
63下03 lT作面自回采以來，輔助順槽內(nèi)多次發(fā)
生多次沖擊地壓，盡管采取了各種解危措施，取得一
定的治理效果，但沖擊地壓危害依然嚴(yán)重。主要原因
是63下03工作面沖擊地壓屬頂板一煤層型，3下煤
具有中等沖擊傾向，該順槽為沿空巷道，采空區(qū)懸頂
對(duì)實(shí)體煤的垂直應(yīng)力與工作面超前壓力形成應(yīng)力集
中；長(zhǎng)距離老頂垮落時(shí)對(duì)T作面沖擊致使高應(yīng)力下的
煤體瞬時(shí)破壞發(fā)生沖擊。
兗州煤、『 股份有限公司2005年度科技計(jì)劃項(xiàng)目：煤(05)04
要有效治理該T作面沖擊地壓，一是通過煤層預(yù)
注水改變3下煤的物理力學(xué)性質(zhì)，降低煤層的沖擊傾
向性；二是對(duì)煤層上覆堅(jiān)硬老頂進(jìn)行處理，破壞其完
整性，縮小老頂?shù)目迓洳骄?，降低?yīng)力集中程度和老
頂瞬問跨落對(duì)煤體沖擊破壞力。由于礦井3下煤自然
孔隙率均小于4％ ，注水效果差，只有通過處理煤層
堅(jiān)硬頂板才能從根本上治理沖擊地壓。
2 深子L爆破預(yù)裂技術(shù)機(jī)理
(1)采用深孔爆破可以提前預(yù)裂煤層上方厚層堅(jiān)
硬砂巖頂板，破壞頂板的整體性，人為控制局部老頂
跨落步距，減小老頂懸臂梁長(zhǎng)度和懸頂面積，破壞頂
板儲(chǔ)能條件，防止或減少?zèng)_擊地壓的發(fā)生。
(2)采用深孔爆破可以利用炸藥爆炸時(shí)的爆轟波
破裂頂板，提前釋放老頂巖層蓄積的部分彈性能，降
低應(yīng)力集中程度。
(3)采用深孔爆破可以提前對(duì)采空區(qū)頂板進(jìn)行松
動(dòng)預(yù)裂，釋放沿空側(cè)頂板壓力，能有效地降低側(cè)向壓
力對(duì)實(shí)體煤側(cè)的應(yīng)力集中程度。
了穿層鉆孑L條帶預(yù)抽和水力增透相結(jié)合的綜合措施
實(shí)現(xiàn)了突 煤層向非突出煤層轉(zhuǎn)化，有效降低了煤層
瓦斯含量，有利于煤巷掘進(jìn)安全掘進(jìn)。
4 結(jié)論和建議
(1)研究底板抽放巷條帶預(yù)抽防突技術(shù)，鉆孔參
數(shù)根據(jù)煤層傾角、抽放半徑等基礎(chǔ)參數(shù)來確定，區(qū)域
條帶預(yù)抽使煤層地應(yīng)力下降、瓦斯含量與瓦斯壓力梯
度減小和抽放率大幅提高，達(dá)到區(qū)域防突日的。
(2)住局部殘存瓦斯含量超標(biāo)位置輔助采用水力
沖孑L增透技術(shù)，水力沖孔增透技術(shù)能夠提高局部抽放
效果，使煤體得到局部卸壓，煤層中的裂隙增大，煤層
透氣性增強(qiáng)，有利于提高煤層瓦斯抽放效果。
(3)穿層鉆孔條帶預(yù)抽區(qū)域消突技術(shù)具有廣泛的
適應(yīng)性，在條帶區(qū)域內(nèi)采用增透和預(yù)抽綜合防突措施
· 44 ·
有利于消除煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，提高掘進(jìn)速度，實(shí)
現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)
【1] 張子敏．瓦斯地質(zhì)學(xué)【M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出
版社，2009，266—273．
[2】 林柏泉，崔恒信．礦井瓦斯防治理論與技術(shù)【M】．
徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1998．
f31 于不幾，王佑安．煤與瓦斯災(zāi)害防治及利用手冊(cè)
fM1．北京：煤炭工業(yè)出版社，2000．
14I 王樹鶴，煤與瓦斯突出規(guī)定讀本[M]．煤炭工業(yè)出
版社，2009．9．
作者簡(jiǎn)介
滑俊杰(1985年1月一)，男，河南開封，河南理工
大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院在讀研究生，主要研究瓦斯
地質(zhì)與瓦斯治理。 (收稿日期：2010一l1—29)

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