张 杰，屈花荣，吉强强

(陕西陕煤韩城矿业有限公司，陕西 韩城 715407)

0 引言

煤与瓦斯突出矿井的三软煤层单巷掘进难度较大，一般采取双巷掘进。文中以桑树坪煤矿为例，采取开采保护层，穿层瓦斯抽采，加强掘进期间瓦斯治理及防突工作，使3#煤掘进由原来双头施工供风距离700～800 m变为单头施工供风距离达到1 600 m以上，成功地解决了远距离掘进局部供风难题。

1 工程概况及存在问题

1.1 工程概况

桑树坪煤矿井田内共有可采煤层3层，即2#、3#和11#煤层。其中，主采煤层为3#煤。3#煤层平均煤厚6 m，经鉴定具有煤与瓦斯突出危险性，南一3#煤采区瓦斯初始含量为8～12 m3/t，煤质松软、透气性差。3312综采放顶煤工作面位于南一采区下山原3212(Ⅰ期)工作面下部，运顺内错3212(Ⅰ期)工作面运顺15 m，回顺内错3212(Ⅰ期)工作面运顺15 m，切眼平均内错3212(Ⅰ期)切眼20 m，其中回顺最小内错14 m，为南一采区下山首个3#煤层工作面。工作面切眼宽度110 m，倾斜长度1 148 m。平均煤厚5.82 m，计算地质储量98.77万t，可采储量83.96万t。3#煤层与上覆2#煤层层间距1.75～16 m，平均13.0 m。倾斜上部回顺与上联巷相交处2#、3#煤层层间距最薄仅1.75 m，向下160 m层间距增大至10.5 m，到倾斜下部将增大到16.0 m，如图1所示。

图1 3312工作面地质柱状图

1.2 存在问题

3#煤层的掘进工作面，局部供风一般配备2×30 kW对旋局部通风机2台(一用一备)，φ800 mm风筒。受煤与瓦斯突出灾害治理、瓦斯治理、局部通风管理等因素影响，供风距离一般在700～800 m。为解决此难题，矿井一般需要增加掘进队伍采取双头对掘方式才能保证正常掘进，但此方式增加了矿井通风系统的复杂性，加大了管理难度，同时增加了矿井生产成本等一系列问题。

2 灾害综合治理措施

2.1 保护层开采

开采保护层是预防煤与瓦斯突出最有效、最经济的区域性防突措施。保护层开采后，被保护层区域的岩石及煤层受采动影响，地应力减小，透气性增加，突出煤层地应力下降，以达到突出危险性消除或降低的目的，避免突出事故的发生，如图2所示。

图2 保护层与被保护层开采前后示意图

3212一期工作面为2#煤工作面，无突出危险，倾向长1 144 m，走向长140 m，位于3312工作面上方。根据《防治煤与瓦斯突出规定》第48条附录沿倾斜方向保护范围，工作面下部倾斜卸压角δ3按75°设计。由于3212一期直接推采至二期，暂不考虑上部倾斜卸压角δ4。根据计算可得，被保护层3312工作面切眼内错保护层3212一期切眼5.74 m；根据图3沿走向方向保护范围，3312进风巷及运输巷位置分别取走向卸压角56°～60°，经计算被保护层3#煤层相对于保护层3212工作面进风巷及运输巷位置均内错8.8 m；根据图4，结合3212工作面煤层赋存，计算可得2#煤层上保护开采的最大保护垂距S′上为34.0～40.2 m。3#煤层与2#煤层间距10～13 m，因此3312一期采面实际巷道布置处于2#煤层上保护层开采的有效保护范围内。

A-保护层；B-被保护层；C-保护范围边界线图3 保护层工作面沿倾斜方向的保护范围

A-保护层；B-被保护层；C-煤柱；D-采空区；E-保护范围；F-始采线、采止线图4 保护层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围

2.2 卸压穿层瓦斯抽采技术

开采保护层时，既要治理本煤层瓦斯，又要治理被保护层瓦斯，防止被保护层的卸压瓦斯大量涌向工作面。根据3212工作面实际情况，采取提前在3212进风顺槽向3#煤施工网格卸压穿层钻孔抽放瓦斯措施，可提前对3#煤瓦斯进行预抽，工作面回采过后，及时对3#煤卸压瓦斯进行抽排；3212综采工作面为Y型通风系统，Y型回风巷采空区侧使用柔模支护，在Y型回风巷布置抽放管路，沿柔模埋管对采空区进行瓦斯抽放，可治理采空区瓦斯及因底板裂隙上涌的3#煤瓦斯，如图5所示。

图5 采空区柔模埋管投放

卸压穿层钻孔：使用ZDY3200S型钻机，钻头94 mm，钻杆73 mm。钻孔设计为每组间距10 m，每组5个，孔间距1 m，穿3#煤层底板0.5 m，终孔间距10 m，封孔深度6 m。每组钻孔施工完毕后并入卸压专用抽放管路，用于3312预抽及3212回采后，3312煤层卸压抽放。3212轨道巷累计施工114组，钻孔工程量18 924 m(图6)。

图6 轨道巷侧卸压穿层钻孔布置图及剖面图

采空区埋管：沿3212回风巷每隔20 m在柔模体埋入一根DN150抽放管，长度为2 m，抽放管法兰盘距柔模体150 mm，与瓦斯抽放软管连接并入采空区专用抽放管进行瓦斯抽放。

瓦斯治理效果：3212工作面于2010年10月开始回采，2013年12月回采完毕(2011年“8·7”透水)，经长期钻孔数据采集，采空区抽放单孔浓度3.2%～9%，总管路浓度5%～8%，回采完毕后期采空总管路浓度降至2%～3%。3212顺槽卸压钻孔单孔浓度最高达95%，卸压抽放管路最高浓度59%，回采完毕后期卸压总管路浓度降至4%。累计抽放瓦斯352.6万m3。瓦斯含量下降42.8%，瓦斯压力降至0.69 MPa，使被保护煤层3312工作面丧失突出危险性。

2.3 掘进期间瓦斯治理及防突工作

3312工作面通过前期2#煤保护层开采及卸压穿层钻孔抽放瓦斯治理措施，瓦斯及地应力得到有效释放，顺槽掘进时绝对瓦斯涌出量明显减少，为远距离掘进解决了根本性的安全问题。但从两顺槽揭露来看，煤层局部存在挠曲构造，引起煤层厚度变化较大，其次层间滑动构造也比较发育，煤体破坏程度大，煤体松软，仍需做好日常瓦斯防治及防突工作。

区域效果检验：2#煤保护层3212工作面开采后，掘进期间进行效果检验，施工3个60 m深前探孔，孔径94 mm，控制至巷道轮廓线外15 m，施工30 m以上时取煤样进行瓦斯含量测定，并进行区域验证，确认无突出危险时预留20 m超前距。

本煤层抽放：钻孔布置采用顺层平行钻孔方式进行本每层预抽，保证瓦斯预抽均衡，钻孔布置于运、回顺槽，孔径94 mm；孔间距5 m，钻孔设计长度为60 m，偏角5°、仰角为0°，两顺共施工钻孔460个，钻孔量27 600 m。

局部瓦斯释放孔：当工作面区域验证有突出危险或遇到地质构造、煤层厚度变化、煤质变软、有突出预兆、瓦斯增大等异常情况时，继续采取局部防突措施。在工作面施工10个8 m深释放孔，孔径42 mm，控制至巷道轮廓线外5 m，释放≥8 h后再进行效果检验，待各项指标不超标时方可允许正常掘进。

瓦斯治理效果：3312工作面于2016年1月开始顺槽掘进，根据《防治煤与瓦斯突出规定》的相关要求，沿采煤工作面推进方向每间隔50 m布置1个测定点，采用实测煤层残余瓦斯含量对工作面区域防突措施进行效果检验。共施工44个钻孔。钻孔开孔位置距离底板1.0 m，孔深不小于30 m，垂直煤壁施工。根据工作面掘进期间瓦斯测定结果，工作面绝对瓦斯含量为4.45～7.75 m3/t，平均5.6 m3/t，其中瓦斯含量最大值位于回顺巷自上部联巷向下100 m处，最小值位于运顺自上联巷向下600 m处(表1，运顺、回顺检验钻孔残余瓦斯含量统计表)。且在测定钻孔施工过程中未出现喷孔、顶钻或其它动力现象。因此，3312一期采面采取上保护2#煤层开采结合3#煤层本煤层顺层钻孔抽采区域防突措施效果有效。

表1 运顺、回顺检验钻孔残余瓦斯含量统计表

2.4 局部通风管理

3312综采工作面采用U型方式，两顺槽直接掘进至切眼，再由切眼相对掘进至贯通。以3312回顺为例，3312回顺供风经285轨道巷、285-4#横穿、285-4#斜巷、平台、回顺联巷约500 m，顺槽1 100 m，切眼预计60 m，全长约1 660 m。

局部通风机选型：掘进工作面需风量的计算，局部通风机的选型，是一项繁琐的过程，理论计算风量与实际供风量误差越小，对后期掘进工作面生产越有安全保证。3312回顺掘进工作根据矿井目前对瓦斯浓度管理标准提高至0.8%，对以往风量计算公式Q=100×qCH4×Km3/min。

式中：Q—掘进面需风量；100—瓦斯浓度不超过1%换算；qCH4—掘进绝对瓦斯涌出量；K—不均衡备用风量系数。

调整为Q=125×qCH4×Km3/min (同上)。

考虑风筒百米漏风率，修正后新增计算公式如下：Q扇=Q/(1-PL/100)m3/min

式中：Q扇—风机工作风量；P—漏风率；L—巷道掘进长度。

根据修正后公式，以及按炸药使用量、同时作业人数、风速验算等其他公式计算，结合各型号局部通风机性能曲线和参数，确定选取2×30 kW对旋局部通风机。

降阻措施：由3312掘进工作面通风系统图可以看出，在风筒延接至3312回顺掘进工作面开口点后，经过5处直角弯道。根据规定严格使用弯头，局部通风机使用托架抬高，与风筒成直线，沿线使用钢绞线吊挂风筒，做到：吊挂平直、贴壁贴帮、逢环必挂、环环吃力。

减小漏风措施：改进风筒的接头方法是防止漏风的主要措施之一。因而所有风筒的接头正向插接后，双反边压边，再使用专用风筒连接圈。保证了接头的连接质量，最低限度降低接头处的漏风，并杜绝因工作面停风造成的停工误工现象。风筒的破口、裂缝，做到及时缝补，缝补后要用胶布粘补，损坏严重的风筒做到有计划及时更换。

区队管理措施：局部通风机每天必须进行一次主、副风机切换，并做好记录备案；班前班后必须对风机及沿线风筒进行仔细巡查，及时处理破口、接头漏风等；瓦检员负责现场监督检查，做到局部通风隐患现场未及时处理严禁生产；累计沿接风筒至1 200 m时，备用一组2×50 kW风机，做到超前管理；加强职工通风安全思想教育，职工培训等，懂得通风安全的重要性，共同创造良好的通风安全氛围。

局部通风管理效果：通过前期瓦斯治理措施实施，掘进期间瓦斯绝对涌出量最大3.68 m3/min，未出现瓦斯超限及无计划停风情况，为远距离掘进提供了安全保障。3312回风顺槽进入切眼后，与运输顺槽侧相对掘进，最终顺利贯通，单面掘进距离达1 600 m，取得了较好的效果(表2)。

表2 3312回顺掘进工作面局部供风情况

备注：风机2×30 kW;风筒φ=800 mm。

3 结语

通过以上方案，桑树坪煤矿3#煤掘进由原来双头施工供风距离700～800 m变为单头施工供风距离达到1 600 m以上，成功地解决了远距离掘进局部供风难题，为矿井采掘接续做出了有力保障，创造了桑树坪煤矿掘进长距离局扇最远供风记录。