青东煤矿突出危险区煤巷掘进高压水力强化冲煤卸压防突技术

李 健

（淮北矿业青东煤业有限公司，安徽 淮北 235143）

0 引言

青东煤业为煤与瓦斯突出矿井，其中主采的7、8煤层为突出煤层。矿井瓦斯、火等灾害俱全，瓦斯灾害严重。矿井坚持区域治理，优先选用开采突出危险性较小的7煤作为8煤的上保护层进行开采的区域防突措施，取得了较好的安全效果。根据82采区煤层及瓦斯赋存情况，824里工作面上部7煤层赋存极不稳定，不具备开采保护层条件，故采用预抽煤层瓦斯区域防突方案。即利用底板岩巷施工上向穿层钻孔，预抽煤巷条带瓦斯消除煤巷条带突出危险。但是在824里机巷煤巷掘进期间仍存在受地应力影响发生突出危险的可能，尤其在断层密集区及因层滑构造引起的煤层急剧增厚区易发生突出，造成煤与瓦斯突出事故。

本文以淮北矿业集团青东煤矿824里机巷煤巷掘进前高压水力强化冲煤卸压技术的实施为工程背景，在采用底板密集穿层钻孔预抽煤层瓦斯消除煤巷掘进突出危险的区域防突措施，经区域措施效果检验合格后，在回采前再实施一轮高压水力化强化冲煤卸压措施，通过高压水力“钻、冲、采”大量的软煤，改变煤体结构性能,有效的降低了煤层瓦斯压力和瓦斯含量，从而确保安全回采，取得了良好的应用效果。

1 近煤层岩石巷道突出危险性及揭煤难点分析

突出危险区煤巷掘进过程中突出危险性主要来自于三个方面：（1）煤层赋存不稳定，特别是因层滑构造引起的煤层急剧增厚区易富含瓦斯；（2）矿井地质构造极其复杂，存在部分未查明的中小断层，造成瓦斯和地应力不能完全释放；（3）8煤为松软低透气特厚煤层，透气性较差，钻孔施工结束合茬抽采效果不佳。

2 824里机巷煤巷掘进工作面概况

824里工作面位于矿井82采区，工作面上邻82采区边界，下邻826工作面（未准备），东为 824 外工作面（未准备），西以 82-DF16（H=0～20m）为界。

1）地质构造：824里机巷共计断层13条，均为正断层。其中落差小于2m断层5条，对煤巷掘进影响较小；落差2～5m断层4条，对煤巷掘进影响较大；落差5～10m断层2条，落差大于10m断层2条。

2）煤层赋存情况：煤（岩）层产状 342°～40°∠6～11°平均 8°，煤层厚度为3.0～8.1m，平均6.3m，8煤层为黑色，粉末状夹块状，条带状结构，半亮型，局部含两层夹矸，煤层结构较复杂。8煤层为稳定厚煤层，变异系数为23.96%，可采指数为1。

3）上覆7煤层赋存情况：根据82采区煤层及瓦斯赋存情况，本次评价工作面上覆7煤层赋存极不稳定，不具备开采保护层条件,实测该区段最大瓦斯含量为2.66m3/t。

4）瓦斯赋存情况：824里机巷走向长260m，煤层厚度平均为6.3m，根据《青东煤矿82采区7、8煤层煤与瓦斯突出危险性区域划分报告》可知，824里机巷位于突出危险区。测得该区域8煤最大相对瓦斯压力为0.86MPa，对应煤层瓦斯含量为9.15m3/t，均大于突出危险临界值。

3 高压水力强化冲煤卸压防突技术

为满足采掘工作面安全生产的需求，经区域措施效果检验合格后，在煤巷掘进作业前再实施一轮高压水力强化冲煤卸压措施，进一步预抽煤体瓦斯释放应力。钻孔按孔底间距8m×8m布置，控制范围至巷道两侧轮廓线外20m，冲煤水压控制在6MPa左右，采取边钻进边冲孔的方式进行施工，冲煤卸压工程结束后，对钻孔进行合茬抽采。

利用此种方法主要有以下三个优点：

1）通过高压水力“钻、冲、采”大量的软煤，改变煤体结构性能；

2）水润湿软化煤体释放煤体储存弹性能量，地应力得到有效释放；

3）煤层透气性增强，加速煤层瓦斯解吸排采，有效降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量。

4 工程应用

824里机巷采用预抽煤层瓦斯防突方案作为该区域区域性防突技术方案。该技术方案采用824里底抽巷施工穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯，孔底间距5m×5m网格布置，保护煤巷掘进。预抽有效并经区域措施效果检验合格后，在煤巷掘进作业前，利用824里工作面底板抽排巷钻场，再实施一轮高压水力强化冲煤卸压措施，孔底间距15m×15m网格布置，利用高压泵结合水力冲煤—水力润湿的综合水力强排措施，冲出大量的煤粉，降低煤巷条带及两侧轮廓线外20m的煤体应力，充分湿润煤体，增加煤层透气性，进一步释放煤体内的瓦斯，待钻孔施工结束后并入抽采系统进一步预抽煤层瓦斯，保证煤巷掘进工作面安全煤巷掘进。

4.1 高压水力冲煤钻孔设计

图1 高压水力冲煤强化钻孔设计

钻孔共计施工16列，每列5个钻孔，共计80个孔。每个钻孔均施工至煤层顶板0.5m位置，并控制机巷及两侧轮廓线外不小于20m。按孔底间距15m×15m网格布置，钻孔直径为113mm以上。

4.2 钻孔施工情况

利用824里底抽巷施工高压水力冲煤强化钻孔控制824里机巷煤巷掘进区域，钻孔终孔位置穿过煤层顶板0.5m处，钻孔间距按孔底间距15m×15m网格布置，钻孔直径为113mm；钻孔于2014年2月2日开始施工，2015年5月7日施工完毕，累计施工钻孔81个，钻孔深度平均为68m；累计冲出煤量482t，平均单孔冲出煤量5.5t。见图2。

图2 高压水力冲煤强化钻孔竣工平面图

4.3 824里机巷煤巷掘进情况

采用高压水力冲煤强化卸压措施之后，在824里机巷煤巷掘进期间，利用钻屑指标法进行工作面突出危险性循环预测，测得最大钻屑指标△h2max最大值为80Pa，Smax=3.2kg，回风流最大瓦斯浓度0.23%，煤巷掘进期间未发生任何煤与瓦斯动力现象。提高煤巷掘进单进水平，保证了工作面正常接替，证明了该技术的有效性及可行性。

5 结论

针对突出危险区无保护层开采煤巷掘进瓦斯治理问题，提出了在区域措施治理有效后再次利用高压水力冲煤强化卸压措施的方法，通过在青东煤矿的现场应用，证明了该技术方法的安全有效性。

1）针对突出危险区无保护层开采煤巷掘进瓦斯治理问题，分析了突出危险区煤巷掘进瓦斯治理的重点和突出原因，在分析现有的煤巷掘进区域综合治理措施的基础上，提出了利用底板抽排巷再次施工高压水力冲煤强化卸压钻孔进一步消突的方法；

2）在青东煤矿824里机巷煤巷掘进防突过程中，采用区域预抽钻孔+高压水力强化冲煤卸压措施进行消突的方法，结合824里机巷煤巷掘进期间突出危险性预测指标及煤巷掘进期间瓦斯情况，验证了该方法通过改变了地应力、瓦斯、煤的结构性能三个突出主导因素，保证了煤巷掘进作业不受瓦斯、地应力影响，实现了快速安全煤巷掘进。为其他突出矿井解决该问题提供了参考经验。

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992:106～108.

[2]青东煤业公司824里机巷煤巷掘进瓦斯综合治理方案[Z].

[3]青东煤业公司松软低透气性突出煤层应用冲孔强排措施解突效果研究[Z].