特厚煤層綜放工作面近煤巖巷防突技術(shù)

特厚煤層綜放工作面近煤巖巷防突技術(shù)

孟津煤礦位于河南省孟津縣衡水市。這是一個(gè)高山。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬(wàn)噸/a。主要由山西二尖群二環(huán)煤層組成。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬于相對(duì)穩(wěn)定的煤層，厚度為0.9.10m，平均厚度為2.24m。煤層厚度在短距離內(nèi)發(fā)生了顯著變化。煤層直接頂板主要為細(xì)—中粒砂巖,厚5.90～21.68m,比較穩(wěn)定,巖性堅(jiān)硬。煤層底板主要為泥巖和砂質(zhì)泥巖,少數(shù)為粉砂巖或細(xì)砂巖,厚1.60～11.95m,一般2.50～6.00m。1軌道大巷支護(hù)孟津煤礦部分開(kāi)拓巷道已經(jīng)完成,構(gòu)成了較完善的體系。例如:井底車場(chǎng)、膠帶大巷、回風(fēng)大巷、軌道大巷。現(xiàn)主要對(duì)準(zhǔn)備巷道加快進(jìn)程,西三車場(chǎng)是西區(qū)12031工作面軌道巷車場(chǎng),西區(qū)二1煤層測(cè)得最大瓦斯含量為14.96m3/t;瓦斯壓力最大為3.1MPa。另外,此處礦山壓力也比較大,在西三車場(chǎng)開(kāi)口附近的西軌大巷曾出現(xiàn)過(guò)底鼓現(xiàn)象,巷道底鼓高度約0.5m。2巷道圍巖地質(zhì)異常西三車場(chǎng)為巖石巷道,主要為砂質(zhì)泥巖,少數(shù)為泥巖、粉砂巖或細(xì)砂巖,根據(jù)地質(zhì)探測(cè):煤層走向50°～60°,傾向140°～150°,傾角3°～4°,煤層平均厚4.0m,巷道開(kāi)口時(shí)底板距離煤層厚度約1.8m。向前掘進(jìn)時(shí),必須采取防突措施并經(jīng)效果檢驗(yàn)無(wú)突出危險(xiǎn)性之后方可掘進(jìn)。3水力多晶分布煤和瓦斯突出是由瓦斯、地應(yīng)力和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等多因素共同作用的結(jié)果。煤層中發(fā)生煤與瓦斯突出的動(dòng)力,是煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能。因此如果能夠釋放引起煤和瓦斯突出的能量,就能達(dá)到預(yù)防瓦斯突出的目的。水力沖孔措施就是依靠高壓水的沖擊能力,使得掘進(jìn)工作面前方煤體的破碎,逐漸形成一個(gè)大尺寸的水力掏槽孔;與此同時(shí),孔道周圍煤體向孔道方向發(fā)生大幅度的移動(dòng),造成煤體的膨脹變形和頂、底板間的相向位移,引起在孔道影響范圍內(nèi)地應(yīng)力降低,煤層得到充分卸壓,裂隙增加,使煤層透氣性大幅度增高,促進(jìn)瓦斯解吸和排放,大幅度地釋放了煤層和圍巖中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能,煤的塑性增高和濕度增加,既消除了突出的動(dòng)力,又改變了突出煤層的性質(zhì),從而起到在采掘作業(yè)時(shí)防止煤與瓦斯突出的作用。水力沖孔過(guò)程中,水的作用一方面是形成高壓水,導(dǎo)致煤壁破碎,形成一個(gè)較大的水力掏槽孔,使孔道周圍煤體得到充分卸壓和瓦斯大幅度排放;另一方面是濕潤(rùn)煤體,減小煤體的脆性,增加可塑性,降低煤體內(nèi)部的應(yīng)力集中,增強(qiáng)防止煤和瓦斯突出的能力,起到綜合防突的作用。4鉆孔施工按照設(shè)計(jì)抽(釋)放鉆孔的方法進(jìn)行水力沖孔鉆孔設(shè)計(jì),采用ZY-750型全液壓鉆機(jī)進(jìn)行排放鉆孔施工,在西三車場(chǎng)工作面布置20個(gè)鉆孔,鉆孔控制到巷道周界外3m的煤層內(nèi),向前控制35m,最長(zhǎng)的鉆孔50m,最短的鉆孔13m,終孔間距不小于4m,而且不大于15m,鉆孔直徑為94mm。鉆孔施工工藝為先采用?75mm鉆頭施工到見(jiàn)煤時(shí)止,再換上?94mm的擴(kuò)孔鉆孔擴(kuò)到煤巖交接處,最后再換上?50mm的沖孔鉆頭(采用普通金剛石PDC三翼內(nèi)凹鉆頭,將原有出水孔每個(gè)都封堵一半,留3～5mm大的出水孔),連接引至Brw125/31.5型乳化液泵(最大流量125L/min,最大壓力31.5MPa,功率75kW)的高壓水管,進(jìn)行水力沖刷,水壓為10MPa左右,水力沖刷時(shí)鉆頭要反復(fù)進(jìn)退直到?jīng)_不出煤為止。采用水力沖孔技術(shù)時(shí),只施工20個(gè)鉆孔,分別對(duì)所有鉆孔進(jìn)行水力沖孔。沖出煤量見(jiàn)表1。5煤的硬度和透氣性在水力沖孔施工過(guò)程中,大量煤與瓦斯被沖出,大量瓦斯由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x狀態(tài),脫離煤層,有效降低了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性,起到消突效果。孟津煤礦所處煤田,煤的硬度較低,呈粉狀,煤層透氣性差,吸附性較強(qiáng),經(jīng)試驗(yàn)證明,利用水力沖孔要比抽放效果顯著。西軌大巷曾利用瓦斯抽放手段作為消突措施,歷經(jīng)約60d才使瓦斯含量下降到《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》所要求的8m3/t以下,而西三車場(chǎng),利用水力沖孔技術(shù)僅用了20d時(shí)間,經(jīng)河南理工大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,瓦斯殘余含量已下降到了5.23m3/t,鉆屑解析指標(biāo)Δh2最大值為160Pa(表2),防突所用時(shí)間縮短到原來(lái)的一半,大大縮短了消突時(shí)間,加快了巷道的施工進(jìn)度。6加強(qiáng)通風(fēng)管理(1)在施工過(guò)程中,由于瓦斯壓力較大會(huì)出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象,可能會(huì)造成巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸?所以要加強(qiáng)通風(fēng)管理,保證巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛刃∮?.8%。若瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)必須及時(shí)停止作業(yè),待瓦斯?jié)舛认陆档揭?guī)定值后,方可繼續(xù)施工。(2)水力沖孔會(huì)有大量的碎煤和水流出,需要建立沉淀池,并做好排水工作,以免影響打鉆地點(diǎn)環(huán)境衛(wèi)生及堵塞底板上已施工完畢的鉆孔,影響鉆孔的瓦斯釋放效果和鉆孔施工進(jìn)度。7水力沖孔降低煤體應(yīng)力水力沖孔措施工藝簡(jiǎn)單,施工安全,技術(shù)可行,且濕潤(rùn)了煤體,降低了打鉆過(guò)程中工作面粉塵濃度,改善了工作環(huán)境。采用水力沖孔措施,使水力掏槽孔前方和兩幫煤體得到充分卸壓,煤體的應(yīng)力梯度下降;在釋放應(yīng)力的同時(shí)引起煤層透氣性大幅度增加,瓦斯得到釋放,瓦斯壓力梯度大幅度下降,消除了激發(fā)突出的應(yīng)力和瓦斯條件,且增大了煤體抑制突出的阻力,起到了很好的綜合