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底抽巷預抽煤層條帶區(qū)域防突技術研究與應用

文檔作者：滑俊杰，張明杰，華敬濤文檔來源：河南理工大學安全學院		點擊數：	更新時間： 2022年11月28日
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煤礦現代化 201 1年第1期 總第100期
底油巷頰抽煤層條帶區(qū)域踮突技術研究與應用
滑俊杰，張明杰，華敬濤
(河南理工大學安全學院，河南焦作454000)
摘要為了保障突出煤層煤巷掘進安全，在強突出煤層利用煤層底板抽放巷穿層預抽
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，改變煤體應力分布。測
定煤層殘存瓦斯含量進行效果檢驗，局部瓦斯大的區(qū)域采取增透措施提高抽放率，實現突出
煤層向非突出煤層轉化，消除煤層突出危險性。
關鍵詞底板巖巷；預抽條帶；效果檢驗
中圖分類號：TD712~．5 文獻標志碼：A 文章編號：1009—0797(201 1)01—0042—03
1 引言
煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦生產中的一種極其
復雜的地質動力現象，能在極短的時間內由煤體向巷
道空間噴出大量的煤與瓦斯，造成窒息和爆炸條件，
致使風流紊亂或短時逆轉，對煤礦的安全生產構成極
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
度增大，煤層瓦斯含量和地應力增大，突出危險程度
更為嚴重。原有的排放鉆孔、淺孔松動爆破、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
工和掘進相集中的問題，致使采掘失調。鶴煤六礦在
煤與瓦斯突出危險區(qū)域施T底板抽放巷，施工密集穿
層鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯，經過抽放有效周期
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，提高預抽效果，利用預抽條帶和水力沖
孔相結合的區(qū)域綜合性消突措施，降低突出煤層突出
危險性，有效解決煤巷掘進過程中的防突安全問題。
2 預抽條帶區(qū)域防突技術
2．1 區(qū)域防突措施的必要性
目前區(qū)域防突技術只有開采保護層和預抽煤層
瓦斯兩大類 。開采保護層是最有效的防突措施，但
鶴壁礦區(qū)煤層為單一厚煤層，缺乏開采保護層的條
件，所以鶴壁礦區(qū)區(qū)域防突措施只能采用預抽煤層瓦
斯措施。鶴煤六礦作為突出危險嚴重的礦井，隨著開
采深度的增加，地應力和煤層瓦斯越來越嚴重，瓦斯
突出危險性增大，導致采掘作業(yè)難度加大，尤其是工
作面下順槽的掘進T作進行緩慢，嚴重影響了礦井采
掘正常接替。為此實施區(qū)域防突措施勢在必行，針對
工作面煤巷掘進問題施工煤層底板抽放巷，利用穿層
孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯，解決煤巷掘進過程中瓦斯
問題，保障礦井安全生產。
2．2 區(qū)域防突參數及措施制定
提高瓦斯抽放率是制約瓦斯抽放的關鍵技術環(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、鉆
孔孔底間距。抽放時間和有效抽放半徑成正比關系，
鉆4L4L徑根據技術水平、煤體硬度及抽放半徑確定，
選擇75—1 10mm為宜。根據鶴壁礦區(qū)長期的抽放資
料，底抽巷穿層孑L有效預抽時問大致為6個月，抽放
半徑2．5～3m，因此鉆孔孔底間距定為5m；為了保證
鉆孔封孔質量，采取立同安和水泥砂漿聯合封孔，封
孔深度8m。鉆孑L經過有效抽放周期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)域防突技術現場應用
3．1 試驗區(qū)域概況
鶴煤六礦2145 T作面地面標高為+158．15一
+187．29m，工作面標高?300 380m，掘進工作面起
伏較為平緩。該工作面走向長度890m，傾向長度
129m，煤厚4．77～11．5m，平均8．39m。煤層傾角21。
～ 28。，平均25．3。。工作面范圍內地質構造簡單，掘
進范圍內穿過74—7背斜翼部， 軸部距切眼上口
150m，受該構造影響，煤層產狀變化大，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，
煤的透氣性系數為1．2～1．8mV(MPa ·d)，屬于可以抽
放煤層，煤的堅同性系數為0．24。
3．2 穿層鉆孔技術參數與施工
2145底抽巷穿層鉆孔預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。抽放鉆場內布置抽放鉆孔7排，
每排5個，共35個鉆孔，鉆孑L終孔間距5m。鉆孔采用
市固安配合水泥沙漿聯合封孔，封孔深度為8m，每組
5個抽放鉆孑L都連接1個1．5英寸的孑L板進行抽放濃
度和流量考察，最后集流器連接至抽放泵站主管路上
煤礦現代化 201 1-r第l期 總第100期
進行抽放。
～
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1 漆 、、、、～ 7
圖1 2145底抽巷穿層鉆孔剖面布置示意圖
≥蘭 匕 j
， 乏耋≤ 簍薹垂匡三薹 蘭主 蘭三 =：=： 一
、
— 器
罩摹 三三三=
∞
=
6m
突出危險，效果顯著。但在距一橫川300m、550m和
650m處，瓦斯含量超標。經研究發(fā)現在距一橫川
300m和550m附近發(fā)現落差為2．5m左右的小斷層，
對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
砂質泥巖，對瓦斯有封閉作用，受該地質構造影響，局
部瓦斯賦存異常，說明構造對局部瓦斯有很大的影響
作用。為了消除煤層突出危險，在瓦斯含量超標位置
采取穿層鉆孔水力沖孔增透補充措施，增加煤層透氣
性，提高鉆孔抽放率，消除煤層突出危險。
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5o 10o 15o∞ 5o3003~ 400450500550 600650 7O0
圖2 2145底抽巷穿層鉆孔終孔位置布置示意圖
33 穿層鉆孔預抽效果
穿層鉆孔施工有效抽放煤孔長度為13307．5m，
累計抽出瓦斯143．22萬m，，在穿層鉆孔抽放控制條
帶內鉆孔噸煤瓦斯抽放量為2．74m3／t，瓦斯抽放率為
55％。底板抽放巷進行穿層鉆孔抽放，封孔段存在于
巖石鉆孑L，受動壓和其它因素影響較小，封孔嚴密，單
組瓦斯抽放濃度在30％以上，較本煤層預抽鉆孔提
高近2倍。抽放負壓保持在20kPa以上單組鉆孔混量
為0．3m3／min，瓦斯?jié)舛热匀婚L期穩(wěn)定在15％以上，起
到了顯著的抽放效果。
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耋20
5
O
6一 6—29 ／一l9 8—8 8—28 9—1 7 lo一9 lO一29
瓦斯抽放時間／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
在2145底抽巷進行區(qū)域瓦斯治理預抽煤層瓦斯
6個月后，利用測定煤層殘存瓦斯含量法來進行區(qū)域
措施效果檢驗。在煤巷條帶每間隔50m布置1個檢
驗測試點，檢驗測試點交錯布置在下順槽兩幫穿層鉆
孔見煤點的中間位置，成均勻分布狀態(tài)，在地質構造
復雜區(qū)域適當增加檢驗測試點。
從圖4中可以看出穿層鉆孔預抽煤巷條帶煤層
瓦斯區(qū)域防突措施效果明顯，14個檢驗測試點占
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量結果
3．5 增透補充措施施工及效果
在2145底板抽放巷抽放后，選擇瓦斯殘存含量
較高的地段進行水力沖孔試驗， 沖孔水壓保證在
IOMPa以上，沖孔過程中出現劇烈的噴孔現象，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，計算，沖孔后鉆孔孔徑變位
0．5m，鉆孔孔徑擴大至原來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，達到提高抽放效果的目的。在
超標位置共施工4個沖孔鉆孔，帶抽后跟蹤觀測瓦斯
抽放情況，效果顯著。
表1 水力沖孔試驗效果
煤孔深度，m
出煤量／t孔一
卸壓半徑，m
抽放增量，倍
3．6 增透補充措施效果檢驗
在局部殘存瓦斯含量超標位置水力沖孔增透措
施后，經過預抽后重新進行殘存瓦斯含量測定，檢驗
補充措施效果。
表2 2145底抽巷殘余瓦斯含量補充測定結果
從表2中可以看出3個地點的瓦斯殘存量都小
于8m ／t，達到了區(qū)域預抽效果，說明了水力沖孔增透
措施有利于解決因煤層地質構造等因素引起的局部
瓦斯異常問題，增強煤層透氣性，提高預抽效果。經過
· 43 ·
一 一 一 一 一
煤礦現代化 201 1年第l期 總第100期
深孔爆破預裂技術在治理沖擊地壓中的應用
樊晶
(濟寧三號煤礦，山東濟寧272169)
摘要濟三煤礦63下03工作面輔順多次發(fā)生沖擊地壓，主要原因是堅硬頂板積聚
彈性能量，在采動中老頂不規(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，本文介紹濟三煤礦研究利用了深孔爆破預裂技術爆破預裂老頂，達
到了治理沖擊地壓的目的。
關鍵詞沖擊地壓；深孔爆破；參數；卸壓
中圖分類號：TD324+．2 文獻標志碼：B 文章編號：1009—0797(201 1)01—0044—02
濟三煤礦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作面走向長度2057．8m，面長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
為粉砂巖及粉細砂巖互層，深灰色，致密堅硬，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 采用深孔爆破預裂技術的原因
63下03 lT作面自回采以來，輔助順槽內多次發(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
對實體煤的垂直應力與工作面超前壓力形成應力集
中；長距離老頂垮落時對T作面沖擊致使高應力下的
煤體瞬時破壞發(fā)生沖擊。
兗州煤、『 股份有限公司2005年度科技計劃項目：煤(05)04
要有效治理該T作面沖擊地壓，一是通過煤層預
注水改變3下煤的物理力學性質，降低煤層的沖擊傾
向性；二是對煤層上覆堅硬老頂進行處理，破壞其完
整性，縮小老頂的垮落步距，降低應力集中程度和老
頂瞬問跨落對煤體沖擊破壞力。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
堅硬頂板才能從根本上治理沖擊地壓。
2 深子L爆破預裂技術機理
(1)采用深孔爆破可以提前預裂煤層上方厚層堅
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，減小老頂懸臂梁長度和懸頂面積，破壞頂
板儲能條件，防止或減少沖擊地壓的發(fā)生。
(2)采用深孔爆破可以利用炸藥爆炸時的爆轟波
破裂頂板，提前釋放老頂巖層蓄積的部分彈性能，降
低應力集中程度。
(3)采用深孔爆破可以提前對采空區(qū)頂板進行松
動預裂，釋放沿空側頂板壓力，能有效地降低側向壓
力對實體煤側的應力集中程度。
了穿層鉆孑L條帶預抽和水力增透相結合的綜合措施
實現了突 煤層向非突出煤層轉化，有效降低了煤層
瓦斯含量，有利于煤巷掘進安全掘進。
4 結論和建議
(1)研究底板抽放巷條帶預抽防突技術，鉆孔參
數根據煤層傾角、抽放半徑等基礎參數來確定，區(qū)域
條帶預抽使煤層地應力下降、瓦斯含量與瓦斯壓力梯
度減小和抽放率大幅提高，達到區(qū)域防突日的。
(2)住局部殘存瓦斯含量超標位置輔助采用水力
沖孑L增透技術，水力沖孔增透技術能夠提高局部抽放
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，有利于提高煤層瓦斯抽放效果。
(3)穿層鉆孔條帶預抽區(qū)域消突技術具有廣泛的
適應性，在條帶區(qū)域內采用增透和預抽綜合防突措施
· 44 ·
有利于消除煤與瓦斯突出危險性，提高掘進速度，實
現礦井安全生產。
參考文獻
【1] 張子敏．瓦斯地質學【M]．徐州：中國礦業(yè)大學出
版社，2009，266—273．
[2】 林柏泉，崔恒信．礦井瓦斯防治理論與技術【M】．
徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1998．
f31 于不幾，王佑安．煤與瓦斯災害防治及利用手冊
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．
作者簡介
滑俊杰(1985年1月一)，男，河南開封，河南理工
大學安全科學與工程學院在讀研究生，主要研究瓦斯
地質與瓦斯治理。 (收稿日期：2010一l1—29)

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