孙路鹏

（山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西 晋城 048100）

煤与瓦斯突出是煤矿井下的重大自然灾害之一，近年来我国防突技术取得了显著的进步，但突出造成的安全事故仍时有发生，其中发生在煤巷掘进工作面的突出更占到总数的60%以上[1-2]。因此对区域综合防突措施的技术研究十分有必要[3]。本文通过对武甲煤矿3 号煤层区域综合防突技术进行研究和应用，取得了良好的结果，对相似矿井的防突工作有一定的借鉴意义。

1 矿井概况

1.1 地质条件

山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司武甲煤矿位于山西省阳城县北西部，沟谷及山梁发育，地形切割严重。武甲煤矿2012 年申请认定为煤与瓦斯突出矿井，按突出矿井进行建设，矿井生产能力为1.2 Mt/a，服务年限为28 a，目前开采3 号煤层。

1.2 突出情况

武甲煤矿自2012 年矿井开拓开始，辅助回风巷采用千米钻机穿层钻孔消突措施，安全掘进长度1300 m。在生产期间，矿井绝对瓦斯涌出量达到57.39 m³/min，相对瓦斯涌出量达到31.63 m³/t。目前回采工作面为3104 工作面，在2020 年1 月完成抽采达标评判，但为了防止部分区域发生喷孔、顶钻等突出预兆的现象，对重点区域进行综合防突措施治理显得十分有必要。

2 区域防突措施

2.1 区域防突措施选择

武甲煤矿3 号煤层上邻近层为2 号煤层，下邻近层为4 号、15 号煤层。由于2 号煤层、4 号煤层厚度不足0.1 m，属于不稳定的不可采薄煤层，不具备作为保护层的条件；15 号煤层距3 号煤层平均89.44 m，超出了保护层开采的有效影响范围，也不具备作为3 号煤层的下保护层的条件。因此，武甲煤矿在开采3 号煤层时，在进行区域性防突时只能采用预抽煤层瓦斯技术进行治理，井巷揭煤区域、掘进工作面和回采工作面的防突治理如下所述。

2.2 井巷揭煤区域防突措施

针对井巷揭煤工作面区域的防突工作，武甲煤矿采用穿层钻孔预抽方式进行防突，且钻孔布置需满足以下要求：

（1）穿层钻孔应保证在井巷揭煤处巷道轮廓线之内的12 m 都是有效范围，并保证有效范围的最远处距巷道轮廓线的最短距离超过5 m。钻孔施工难度较大，建议分段实施，具体布置如图1。

图1 井巷揭煤工作面区域防突措施钻孔布置示意图

（2）穿层预抽钻孔应当均匀布置在整个预抽区域内，且钻孔做严密处理，封孔段长度不得小于5 m。钻孔孔底间距由煤层有效抽采半径确定，当抽采进行22 d 时，该抽采半径长度将达到1.5 m，即钻孔孔底间距取3 m。

2.3 本煤层工作面区域防突措施

（1）辅助回风巷掘进区域防突措施

在辅助回风巷掘进工作面形成全风压系统后，施工孔径为Φ96 mm 定向钻机钻场，水平投影孔深为320 m，终孔间距为6 m。区域防突措施的钻孔应当控制巷道两侧轮廓线外各15 m，钻孔均匀布置，保证没有空白区域，封孔长度不小于8 m。布置方式如图2。

图2 辅助回风巷定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯防突措施示意图

（2）定向顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施

武甲煤矿为生产矿井，利用工作面顺槽向未采区域即下一个工作面方向施工顺层预抽钻孔预抽未采区域煤层瓦斯。预抽钻孔使用定向钻机施工，长度为穿过整个工作面并覆盖下一个工作面顺槽轮廓线外15 m，钻孔垂直下一个工作面顺槽方向，水平投影孔深约为255 m（工作面长约200 m，顺槽宽约5 m×2，煤柱约30 m），钻孔直径Φ96 mm，设计终孔间距为6 m，钻孔均匀布置，封孔长度不小于8 m。布置方式如图3。

图3 区段煤层瓦斯区域防突措施钻孔布置示意图

（3）工作面顺槽区域防突措施

针对尚未进行区域防突措施的煤巷掘进工作面，将定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯措施作为区域防突措施。在掘进工作面迎头施工定向钻机钻场，在钻场内施工主孔、分支孔孔径均为Φ96 mm的定向长钻孔，水平投影孔深为320 m，终孔间距为6 m，钻孔均匀布置，保证没有空白区域。布置方式如图4。

图4 工作面顺槽掘进区域防突措施钻孔布置示意图

（4）回采工作面区域防突措施

针对尚未进行区域防突措施的回采工作面，设计采用顺层钻孔预抽回采工作面区域瓦斯，且优先选择定向钻孔施工。利用已掘进完成的工作面切眼和顺槽，在切眼向工作面方向施工定向长钻孔，钻孔长度为300～500 m，钻孔孔径为Φ96 mm，终间距为6 m，钻孔均匀布置，保证整个工作面不存在空白区域。布置方式如图5。

图5 回采工作面区域防突措施钻孔布置示意图

3 区域防突效果

根据预抽煤层瓦斯技术相关经验，钻屑瓦斯解吸指标和残余瓦斯含量值是检验煤矿区域防突措施效果最佳指标。其中，井巷揭煤工作面选用钻屑瓦斯解吸指标，采掘工作面选用残余瓦斯含量。

3.1 井巷揭煤工作面防突效果检验

井巷揭煤工作面采用穿层预抽孔，选用钻屑瓦斯解吸指标法进行防突效果验证。分别从工作面向煤层的顶部、底部和两侧打4 个钻孔，钻孔每钻进1 m 时，采集一次于孔口处所排出的煤屑，所选煤屑颗粒尺寸控制在1～3 mm 之间。在对煤屑测定其瓦斯解吸指标K1值后发现，现场实测得到的K1均小于临界值，即干煤样K1＜0.5 ml/(g.min1/2)、湿煤样＜0.4 ml/(g.min1/2)，证明该工作面验证为无突出危险工作面。

3.2 煤巷掘进工作面防突效果检验

武甲煤矿煤巷掘进工作面均采用定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯，其中辅助回风巷为单巷掘进，工作面顺槽和切眼均为双巷掘进，因此设计针对这两种情况分别设计检验方法。

现场实测发现，煤层残余瓦斯含量W残＜8 m3/t（构造带W＜6），同时各检验孔在钻进时未产生喷孔、顶钻或其他突出预兆的现象，表明掘进工作面区域防突措施应用有效，无突出危险。

3.3 回采工作面防突效果检验

武甲煤矿回采工作面采用残余瓦斯含量指标对回采工作面区域防突措施效果进行检验，对于煤层变厚区域，增加一组区域措施效果检验孔。现场测得的煤层残余瓦斯含量W残＜8 m3/t（构造带W＜6），同时各检验孔在钻进时未产生喷孔、顶钻或其他突出预兆的现象，表明回采工作面区域防突措施应用有效，无突出危险[4]。

4 结论

武甲煤矿根据矿井条件并参考相关经验，采用预抽煤层瓦斯作为区域性防突措施。在抽采完成后，分别利用钻屑瓦斯解吸指标和残余瓦斯含量作为防突指标，并得出以下结论：

（1）当突出煤层不具备保护层开采条件时，选择预抽煤层瓦斯技术作为区域性防突措施可以起到很好的防突效果。

（2）在钻孔预抽煤层瓦斯时，应注意钻孔的排列和数量，保证整个工作面不存在空白区域。

（3）在井巷揭煤工作面选用钻屑瓦斯解吸指标，采掘工作面选用残余瓦斯含量作为检验指标，实测结果显示，各区域K1值与W残值均小于临界值，表明防突效果良好，无突出危险性。