特厚煤层综放工作面近煤岩巷防突技术

特厚煤层综放工作面近煤岩巷防突技术

孟津煤矿位于河南省孟津县衡水市。这是一个高山。设计生产能力为120万吨/a。主要由山西二尖群二环煤层组成。煤层结构简单，属于相对稳定的煤层，厚度为0.9.10m，平均厚度为2.24m。煤层厚度在短距离内发生了显著变化。煤层直接顶板主要为细—中粒砂岩,厚5.90～21.68m,比较稳定,岩性坚硬。煤层底板主要为泥岩和砂质泥岩,少数为粉砂岩或细砂岩,厚1.60～11.95m,一般2.50～6.00m。1轨道大巷支护孟津煤矿部分开拓巷道已经完成,构成了较完善的体系。例如:井底车场、胶带大巷、回风大巷、轨道大巷。现主要对准备巷道加快进程,西三车场是西区12031工作面轨道巷车场,西区二1煤层测得最大瓦斯含量为14.96m3/t;瓦斯压力最大为3.1MPa。另外,此处矿山压力也比较大,在西三车场开口附近的西轨大巷曾出现过底鼓现象,巷道底鼓高度约0.5m。2巷道围岩地质异常西三车场为岩石巷道,主要为砂质泥岩,少数为泥岩、粉砂岩或细砂岩,根据地质探测:煤层走向50°～60°,倾向140°～150°,倾角3°～4°,煤层平均厚4.0m,巷道开口时底板距离煤层厚度约1.8m。向前掘进时,必须采取防突措施并经效果检验无突出危险性之后方可掘进。3水力多晶分布煤和瓦斯突出是由瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多因素共同作用的结果。煤层中发生煤与瓦斯突出的动力,是煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能。因此如果能够释放引起煤和瓦斯突出的能量,就能达到预防瓦斯突出的目的。水力冲孔措施就是依靠高压水的冲击能力,使得掘进工作面前方煤体的破碎,逐渐形成一个大尺寸的水力掏槽孔;与此同时,孔道周围煤体向孔道方向发生大幅度的移动,造成煤体的膨胀变形和顶、底板间的相向位移,引起在孔道影响范围内地应力降低,煤层得到充分卸压,裂隙增加,使煤层透气性大幅度增高,促进瓦斯解吸和排放,大幅度地释放了煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能,煤的塑性增高和湿度增加,既消除了突出的动力,又改变了突出煤层的性质,从而起到在采掘作业时防止煤与瓦斯突出的作用。水力冲孔过程中,水的作用一方面是形成高压水,导致煤壁破碎,形成一个较大的水力掏槽孔,使孔道周围煤体得到充分卸压和瓦斯大幅度排放;另一方面是湿润煤体,减小煤体的脆性,增加可塑性,降低煤体内部的应力集中,增强防止煤和瓦斯突出的能力,起到综合防突的作用。4钻孔施工按照设计抽(释)放钻孔的方法进行水力冲孔钻孔设计,采用ZY-750型全液压钻机进行排放钻孔施工,在西三车场工作面布置20个钻孔,钻孔控制到巷道周界外3m的煤层内,向前控制35m,最长的钻孔50m,最短的钻孔13m,终孔间距不小于4m,而且不大于15m,钻孔直径为94mm。钻孔施工工艺为先采用Ø75mm钻头施工到见煤时止,再换上Ø94mm的扩孔钻孔扩到煤岩交接处,最后再换上Ø50mm的冲孔钻头(采用普通金刚石PDC三翼内凹钻头,将原有出水孔每个都封堵一半,留3～5mm大的出水孔),连接引至Brw125/31.5型乳化液泵(最大流量125L/min,最大压力31.5MPa,功率75kW)的高压水管,进行水力冲刷,水压为10MPa左右,水力冲刷时钻头要反复进退直到冲不出煤为止。采用水力冲孔技术时,只施工20个钻孔,分别对所有钻孔进行水力冲孔。冲出煤量见表1。5煤的硬度和透气性在水力冲孔施工过程中,大量煤与瓦斯被冲出,大量瓦斯由吸附状态转变为游离状态,脱离煤层,有效降低了煤与瓦斯突出的危险性,起到消突效果。孟津煤矿所处煤田,煤的硬度较低,呈粉状,煤层透气性差,吸附性较强,经试验证明,利用水力冲孔要比抽放效果显著。西轨大巷曾利用瓦斯抽放手段作为消突措施,历经约60d才使瓦斯含量下降到《防治煤与瓦斯突出规定》所要求的8m3/t以下,而西三车场,利用水力冲孔技术仅用了20d时间,经河南理工大学现场测定,瓦斯残余含量已下降到了5.23m3/t,钻屑解析指标Δh2最大值为160Pa(表2),防突所用时间缩短到原来的一半,大大缩短了消突时间,加快了巷道的施工进度。6加强通风管理(1)在施工过程中,由于瓦斯压力较大会出现喷孔现象,可能会造成巷道内瓦斯浓度超限,所以要加强通风管理,保证巷道内瓦斯浓度小于0.8%。若瓦斯浓度超限时必须及时停止作业,待瓦斯浓度下降到规定值后,方可继续施工。(2)水力冲孔会有大量的碎煤和水流出,需要建立沉淀池,并做好排水工作,以免影响打钻地点环境卫生及堵塞底板上已施工完毕的钻孔,影响钻孔的瓦斯释放效果和钻孔施工进度。7水力冲孔降低煤体应力水力冲孔措施工艺简单,施工安全,技术可行,且湿润了煤体,降低了打钻过程中工作面粉尘浓度,改善了工作环境。采用水力冲孔措施,使水力掏槽孔前方和两帮煤体得到充分卸压,煤体的应力梯度下降;在释放应力的同时引起煤层透气性大幅度增加,瓦斯得到释放,瓦斯压力梯度大幅度下降,消除了激发突出的应力和瓦斯条件,且增大了煤体抑制突出的阻力,起到了很好的综合