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优化超前钻孔布置 实现突出煤层快速掘进的探讨 方 伟 国投新集能源股份有限公司 口孜东矿,安徽 淮南232171 摘 要国投新集二矿二水平C8煤层属于突出危险性煤层,在掘进时通过优化超前钻孔布孔参 数,不仅达到解决掘进工作面突出危险性的问题,而且也实现了突出煤层快速掘进。 关键词突出煤层;超前钻孔;快速掘进 中图分类号 TD713 . 3 文献标识码 B 文章编号 1003 - 496X2007 07 - 0062 - 03 煤与瓦斯突出是地应力、 瓦斯、 煤的力学性质等 因素综合作用的结果,它是一种极其复杂的动力现 象,是严重威胁煤矿安全生产的主要灾害之一,从国 内目前的统计来看,大部分的煤与瓦斯突出事故发 生在采掘工作面,所以在掘进工作采取行之有效的 防突措施是至关重要的。国投新集二矿在2813工 作面巷道掘进时,采用施工超前排放钻孔作为掘进 工作面的防突措施,由于煤质较硬,煤层的透气性 好,所以对超前钻孔的参数进行了优化,不仅取得了 很好的防突效果,也实现了突出煤层快速掘进,平均 进尺可达80 m /月左右。 1 工作面概况 2813工作面回风巷与运输巷的联巷位于新集 二矿二水平 - 550 m中央采区西翼,由北往南施 工,掘进断面为矩形,巷道净宽为4. 2 m,巷中净高 为2. 8 m,锚网支护,炮掘。该巷的煤层结构简单, 煤层平均厚度为3. 28 m,倾角为22,煤体呈片状、 粉末状为主,碎块状次之。内生裂隙较发育,透气性 较好,煤质较硬。直接顶为深灰色的砂质泥岩,厚为 9 m左右,直接底为黑褐色炭质泥岩,老底砂质泥 岩,灰色。瓦斯含量为3. 58 cm 3 / g r 。 2 超前钻孔综合防突原理 在掘进工作面前方煤体内存在3个应力带卸 压带,集中应力带和原始应力带。卸压带内地应力 和瓦斯压力都己大大降低,是防止突出的防护带,集 中压力带的地应力高、 透气系数低,阻止瓦斯的排 出,是发生突出的策源地。突出煤层煤巷掘进中施 工超前排放钻孔,就是在掘进工作面向煤体前方打 一定数量的钻孔,穿过集中应力带,利用钻孔排出煤 粉与瓦斯,人为的延伸卸压带的范围,使集中压力带 向煤体深部转移,在工作面前方形成并保有较长距 离的安全防护带,进而防止掘进时煤与瓦斯突出。 3 超前钻孔防突技术措施 超前钻孔的直径一般为75～120 m,孔长一般 ≥8 m,超前距 ≥5 m;控制范围应包括巷道断面内和 巷道的轮廓线外2～4 m的范围煤体;在突出危险性 大的掘进工作面,巷道轮廓线外应控制的煤体的范 围应增大。根据孔径及钻孔的排放半径的不同,一 个工作面可布置几个和几十个超前钻孔。 1钻孔优化前的布置。由于2813工作面回 风巷与运输巷的联巷是新集二矿二水平C8煤层鉴 定为突出煤层后的第一个掘进工作面,所以也没有 对超前钻孔的参数进行测定。只能参照防治煤与 瓦斯突出细则 第70条对布孔参数进行设计。① 钻孔孔径为Φ90 mm;② 孔深为12m,钻孔超前掘进 工作面的距离 ≥5 m,排放钻孔的控制范围,包括巷 道断面和巷道断面轮廓线外四周5 m的范围;③ 参 照其它矿井的经验,孔径为 Φ90 mm钻孔的有效排 放半径取0. 8m,在掘进工作面布置3排共计18个 钻孔,具体如图1所示。 2钻孔优化后的布置。采用如图1所示的钻 孔布置方式,取得了很好的防突效果。但由于没有 实测数据,施工钻孔较多,防突工程量大直接影响工 作面掘进速度。 超前钻孔有效排放半径是单个超前钻孔沿其半 径方向能够消除突出危险的最大范围。超前钻孔的 有效排放半径不仅与突出危险性的大小有关,而且 26 煤 矿 安 全Total 392 问题探讨 还与防突工程量及防突措施的作用时间有着密切关 系。所以为了优化钻孔的布置参数,对 Φ90 mm钻 孔的有效排放半径进行了2次测定,最后确定钻孔 的有效半径为1. 2 m,故对超前钻孔布置进行了优 化,改3排钻孔为2排钻孔,同样断面共布置8个排 放钻孔,减少了钻孔12个,防突工程量减少了1. 5 倍,为提高掘进速度提供了保障,优化后的超前钻孔 布置如图2所示。 图1 优化前的超前排放钻孔布置图 图2 优化后的超前排放钻孔布置图 4 实施超前钻孔综合防突技术的安全措施 1钻机的操作地点设在掘进工作面距1 m远 处,掘进工作面的风筒口直对钻孔的开口处,施工时 钻机上悬挂瓦斯便携仪,另瓦斯断电仪悬挂在距工 作面5 m的顶板上,钻机的供电与瓦斯断电仪相连 接。 2施工钻孔时,与施工钻孔无关的人员不许 进入所掘巷道,反向风门、 避难硐室等安全防护措施 必须达到完好状况。 3超前钻孔施工前对掘进工作面要加强支 护,采用打迎面顶柱,金属网背好工作面。 4排放时间达到12 h后,再进行效果检验,效 检合格后才许掘进,效检不合格时,要采取补充防突 措施。工作面每次允许掘进深度为6 m,施工6 m 后重新进行突出危险性预测,有突出危险时必须采 用打超前钻孔的防突措施来消突。 5 超前钻孔综合防突技术的实施效果 1瓦斯排放效果较好,采取措施后,经测定在 排放期间,巷道的瓦斯涌出量增加0. 2左右。由 于大量的瓦斯被释放出来,远距离炮后,巷道瓦斯超 限的现象基本消除。 2距工作面20 m内的巷道内,瓦斯释放平稳 且量少。这是由于超前钻孔的实施,使得了瓦斯在 前期就得到了充分的释放。 3煤层的突出危险性大大降低。在整个掘进 过程中,执行超前钻孔排放后,钻屑量很小,从未出 36 问题探讨 煤 矿 安 全2007 - 07 解读对 防治煤与瓦斯突出细则 理解的3个误区 孙月庚 淮南矿业集团公司 安全质量监察局,安徽 淮南232001 摘 要指出了对 防治煤与瓦斯突出细则 理解的3个误区,分析了煤与瓦斯突出的过程,解读 误区。 关键词 防治煤与瓦斯突出细则 ;理解误区;解读 中图分类号 TD79 1 文献标识码 C 文章编号 1003 - 496X2007 07 - 0064 - 02 煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现 象,它是威胁煤矿安全生产最严重的自然灾害之一。 迄今为止,人们对煤与瓦斯突出的机理、 突出的规律 尚未完全掌握。然而,每次突出发生后,经事故调查 分析,绝大部分都是因技术管理和现场管理不到位 造成的,这里包括防突措施的选择不合理、 开采程序 不合理、 构造探测不清、 合理的防突措施未真正落实 到位以及对防治煤与瓦斯突出细则 的理解不够 全面,执行中有偏差等等。为了做好防治煤与瓦斯 突出工作,必须全面深刻理解防治煤与瓦斯突出 细则 的内涵。 1 煤与瓦斯突出的过程 为了更好地理解 防治煤与瓦斯突出细则 ,首 先要了解煤与瓦斯突出的过程。煤与瓦斯突出一般 分为3个阶段,即发动、 发展和停止阶段。 1突出的发动阶段。在突出的发动阶段,由 于外力作用如爆破、 风镐作业、 打钻等 , 使煤体应 力状态突然改变,岩石和煤的弹性潜能迅速释放。 这时,可先听到煤体或岩体中的破裂声,观察到煤层 发生压缩变形,孔隙和裂隙中瓦斯压力急剧升高。 当瓦斯压力梯度及释放的岩石和煤的弹性潜能足够 大时,即可破坏煤体,激发突出。当其释放的能量不 足,或者煤较硬时,煤体只发生局部破坏,而不能破 碎到突出的那种粉煤状态,突出就暂时不会发生,但 煤体进入不稳定平衡状态。这时,外部表现为煤面 外鼓、 掉碴,煤体位移、 支架压力增加、 瓦斯忽大忽 小、 煤体中出现劈裂声及闷雷声,即通常所说的突出 预兆。此时,如停止工作,减少外力对煤体的影响, 或加固煤体等,则可使得突出危险程度减小或免于 突出发生。相反,如有外力作用震动与冲击的促 进,补给部分能量,则破坏煤体的不稳定平衡状态, 即能激发突出。 2突出的发展阶段。在突出的发展阶段,依 靠释放的弹性能和游离瓦斯的膨胀能使煤体破碎, 并由瓦斯流把碎煤抛出。此时煤体膨胀变形,瓦斯 现过超标现象。 4巷道的掘进速度得到了保障。由于测定了 钻孔有效排放半径,及时优化调整了钻孔的布置参 数,使防突工程量减少了1. 5倍,掘进速度提高了近 1倍,平均进尺可达80 m /月左右,实现了突出煤层 快速掘进。 6 结 论 1 C8煤层煤质较硬,煤层透气好 ,这是超前排 放钻孔能够取得很好的防突效果的主要原因。 2通过对超前钻孔的有效排放半径的测定, 优化了超前钻孔的布置参数,使防突工程量减少了 1. 5倍,掘进速度提高了近1倍,平均进尺可达80 m /月左右,实现了突出煤层快速掘进,为类似矿井 提供了宝贵的经验。 作者简介方 伟1973 - 男,安徽绩溪人,工程师, 1997年毕业于辽宁工程技术大学采矿系,现任国投新集能 源股份有限公司口孜东矿副总工程师,发表论文多篇。 收稿日期 2007 - 01 - 16;责任编辑王福厚 46 煤 矿 安 全Total 392 问题探讨