以压出为主的突出煤层防突措施探索与应用
关键词 突出煤层 防治突出 超前排放钻孔 采煤工作面瓦斯抽放
随着矿井深度的增加，煤与瓦斯突出问题也越来越严重，防突方法也多种多样，但是这 些方法都是在不同的条件下总结出来的。如何找到一种适合自身煤层条件的防突措施，是摆 在煤矿安全生产中的重要课题。平煤集团公司四矿通过对本矿煤层防治突出措施的研究，找 到了一种可行方法，并有所创新，为保障煤矿安全生产发挥了重要作用。
1 矿井基本概况与突出工作面情况
平煤集团公司四矿设计生产能力180万t，主采3组5层煤，即丁56、戊8、戊9·10、己15、 己16·17煤层，煤层倾角在7～15°之间，开采顺序现均为下行开采，走向长壁式综合机 械化采煤 ，全部陷落法管理顶板。矿井为煤与瓦斯突出矿井，丁56、己16·17煤层为突出煤层，其中 在己组煤层中己15煤层位于己16·17煤层之上，间距8～15m，作为己16·17煤层的保护层先 行开 采，有效地防止了己16·17煤层突出；丁56煤层作为单一可采煤层，没有保护层，现主要通 过预抽煤层瓦斯作为区域性防突措施，但该煤层透气性低，抽放率仅为10%左右，不能完全 消灭突出危险，在高地应力（埋深800m以上）和瓦斯作用下曾多次发生煤与瓦斯动力现象。
突出采面丁56-19130采面位于丁九采区东翼中下部，上、下相邻工作面均未开采，采面 走向长502m，倾向长171m，回采垂深760～835m，综合机械化采煤，U型通风，配风受水平通 风困难时期所限，尽最大努力，仅为21m3/s，存在以风定产问题。煤层为丁5和丁6合层煤 ， 平均厚3.4m，煤层间夹矸0.1～0.7m，上为丁5煤层，厚1.0～1.3m，为碎块状、粉末状，亮 煤 ，煤质较硬，为I、II级构造煤；夹矸以下丁6煤层厚1.65～2.8m，为粉末状、鳞片状， 煤质较软，为IV、V级构造煤。此分层透气性较差，为主要突出煤层。该采面在机 巷、风巷掘进时曾分别发生煤与瓦斯压出（以下简称压出）。该面2002年元月15日投产，虽 然采取了一定的防突措施，但到元月29日就发生了采面压出。据统计，从初采到4月27日共 发生压出及动力现象6次，平均压出煤量25t/次，瓦斯量700m３/次。最大压出强度45t， 瓦斯量1540m３，严重影响着矿井安全生产。
2 先期采用防突措施及效果
2.1 超前排放钻孔
根据排放钻孔有效排放半径和煤层厚度，超前排放钻孔呈两排布置，孔距1.5m，孔径75m m，孔深6m，措施孔超前距3m。利用超前排放钻孔释放工作面前方地应力和瓦斯应力，从而 消除采面压出危险性。该种防突措施是根据《安全规程》和《防突细则》有关规定制订的， 执行该措施后到元月29日就发生了压出，表现为煤体整体向外位移。由此，我们认为工作面 前方应力没有很好释放，效果不好。
2.2 超前排放钻孔加煤体注水
利用超前排放钻孔进行煤体注水软化，使工作面应力前移，从而防止煤与瓦斯压出 现象，同时水分进入煤体，挤占煤体空隙，释放部分瓦斯。执行该措施后，采煤机割煤时 瓦斯较原来小，产尘量大大降低，但推进40m后仍然造成了压出。经分析，可能是注水压 力仅为矿井静压，压力偏小，煤体软化不好，应力还是没有很好释放所致。
2.3 超前排放钻孔加浅孔松动爆破
在超前排放钻孔防突的基础上，改用松动爆破使工作面前方煤体产生破碎，释放工作面 地应力和部分瓦斯，并使前方应力向深部转移，从而防止突出。超前排放钻孔孔距4.5m，孔 径75mm，孔深6m，措施孔超前距3m，并注水；松动爆破孔间隔其中，孔距1.5m，孔径42mm， 孔深3m，每孔装药6～9卷，外口填满炮泥。该措施在防突工作面回采时起了一定作用，遏制 住了采面突出频繁的现象，但是经过一段时间的观察发现，此种方法并不能完全杜绝突出， 且采面执行措施程序复杂，松动爆破留下如瞎炮等新的安全隐患，对生产不利。基于此，我 们决定对以前所做工作进行总结，并着手做了一些考察实验。
3.1 突出的一般规律
通过对前几次突出进行分析，发现压出特征呈现规律性，一般为软煤整体外移，软 煤与硬煤之间形成裂缝，向外喷瓦斯。其原因为软煤丁6煤层强度低，在地应力作用下首先 产生弹性变形，当变形量超过极限时，造成软煤突然跨塌，煤体中的瓦斯在极短时间内解吸 ，形成高压瓦斯，推动煤体外移，并从裂缝中喷出。不论何种防治突出方法，必须首先释放 采面煤壁近距离内的地应力和软煤中的瓦斯。
3.2 利用突出敏感指标分析集中应力带范围
测试使用钻孔瓦斯涌出初速度作为指标，测试深度分别为2～11m，每米测定一次q值。 测试结果如表1（表1中所列出的数值为某一工作面突出前、后的瓦斯涌出初速度）。
表1 某工作面突出前、后瓦斯涌出初速度（略）
从表1中可以看出，突出前钻孔瓦斯涌出初速度在7m时突然增大，说明瓦 斯压力在7m时较大，为应力集中区的最外端，9m时最大，向后逐步变小。由此判定应力集中 带范围为7～11m。突出后突出敏感指标为采面突出后测定突出地点钻孔瓦斯涌出初速度。从 表1中可以看出，在孔深10m以外的地方，瓦斯涌出初速度明显减少，为突出策源地在应力集 中带7～11m提供了证据。
3.3 利用钻屑量判定应力集中带范围
利用工作面打深孔测定钻孔每米钻屑量的大小，可以判断应力集中带范围。由表2可以 看出，钻孔5～8m钻屑量较大，可判定应力集中带范围为8～10m。
表2 钻屑量与测空深度关系（略）
4 改进后防突措施及使用情况
4.1 超前排放钻孔加工作面抽放
依据以上实验和分析，我们认为只有加深排放钻孔孔深，以释放地应力和瓦斯压力，才 能解决突出问题。为此，在工作面每间隔1.5m布置超前排放钻孔，孔径89mm，孔深10m， 措 施孔超前距5m。同时在工作面敷设一趟瓦斯抽放系统，即在工作面综采支架下敷设一趟100m m抽放管(见图1)。
图1 采面抽放系统布置图（略）
在打孔班，关闭机巷本煤层抽放系统，以提高抽放负压对采面抽放。当采面每打完一个措 施孔后采用专门研制生产的封孔器进行封孔，立即连孔抽放，打成一个连一个抽一个。通过 抽放泵抽放，有效地提高了采面抽放率，由以前的10%提高到25%以上。在生产班，关闭工作 面抽放系统，打开机巷顺层抽放系统抽放瓦斯。
执行采用10m深超前排放钻孔加工作面抽放系统后，排放钻孔瓦斯涌出量和钻屑量比以往明 显增大，喷孔严重，说明起到较好防突效果，有效地释放了地应力、瓦斯压力，杜绝了割煤 时压出事故的发生，本采面到结束一直没有发生突出事故，很好地解决了突出问题，同时也 解决了割煤和防突打钻时瓦斯超限问题，使采面日产稳定在2000t左右，平均比采用此方法 前每日多出煤500t左右，安全和效益都得到了保障。
4.2 打钻中应注意的问题
(1) 打钻时要打在丁6软煤里面，此层煤强度低，瓦斯大。
(2) 打钻时钻孔内煤粉要排净，以便抽放瓦斯。
(3) 打完钻孔后一定要进行验孔，保证孔深。由于多台钻机同时施工，监钻人员少，不 能每孔监督，可采用验孔工具验收。
(4) 打钻地点要放置黄泥和灭火器，以防高浓度瓦斯喷出发生意外。
(5) 应先封孔再连孔抽放，以防带压封孔造成堵孔。同时采面抽放过程中要及时排除管路中 的煤粉，以免堵塞。
5 结论
（1） 地应力为主的突出煤层采用预留5m超前排放钻孔是必须的，保证工作面不进入应力 集中区，而不应仅考虑打钻因素，只满足《煤矿安全规程》中的3m超前距。
（2） 用采煤工作面瓦斯抽放这一新方法，虽然抽放时间短，最长为打钻时间，但由于 在工作面前方受集中应力和深超前排放钻孔卸压的双重影响，增大了煤层的透气性，显著提 高了抽放效果。采用这一新方法，不仅彻底解决了突出问题，同时也解决了打钻和生产时回 风流中瓦斯超限的问题。
（3） 用超前排放钻孔加采煤工作面抽放是一种效果明显的防突措施，具有很好的推广 使用价值。
