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高地应力构造带特大突出孔洞综合治理技术研究

发表时间：2021/8/9 来源：《中国科技信息》2021年9月中作者：沈传波

[导读] 通过对突出孔洞的充填，巷道加固，煤体注水，裂隙注浆封闭，超前探测，连续观测等措施，有效控制了巷道顶板，避免了片帮、冒顶事故。

河南能源化工集团新义矿业有限公司沈传波河南洛阳 471000

        引言
        矿井工作面掘进与回采过程中，由于煤与瓦斯突出时的动力作用，在煤岩层中形成突出孔洞。由于孔洞周围和深部大量煤炭随瓦斯喷出，原始煤体稳定性遭到破坏，导致孔洞周围煤体和顶板岩层极易出现垮落，尤其在高地应力构造带松软煤层，突出造成松软煤体垮落后形成大尺度垮落孔洞，给巷道掘进及工作面回采带来极大的安全隐患。目前，国内外针对突出孔洞的治理措施一般采用围岩注浆加固、孔洞填充等方法。围岩注浆加固适用于处理破碎煤体，通过浆液改变围岩力学性质起到加固作用；孔洞填充就是直接用水泥砂浆等材料对孔洞填充，封闭孔洞。这 2 种办法对于小孔洞比较适用，但对特大型突出形成的特大型突出孔洞来说，注浆加固后巷道断面过大，易积聚大量高浓度瓦斯和较多的煤尘且不利于通风，采用孔洞充填的方式材料浪费严重，基于此，新义矿业针对过高地应力构造带特大突出孔洞技术开展研究。
        1 突出事故概况
        新义煤矿于2006年经河南理工大学鉴定为煤与瓦斯突出矿井。开采煤层为山西组二1煤层，目前开采深度700m，地应力集中，煤层平均厚度4.81m，煤层煤质松软。突出事故工作面11090工作面位于矿井一水平东翼11采区，工作面全层发育III～IV构造软煤,煤体坚固性系数f值平均为0.35，煤层原始瓦斯含量为10.27m3/t。11090胶带顺槽于2017年1月开始施工，2018年5月22日掘至866.4m处时发生煤与瓦斯突出事故，这次事故造成2人遇难。突出发生在工作面迎头左角，孔洞沿与胶带顺槽轴线约45°，向左前方煤层内部发展，突出物全部为煤炭，突出煤炭沿11090胶带顺槽向外堆积，堆积总长度达141m，突出煤量为1917t，突出煤炭堆积角度为9.5°。突出瓦斯量为82843.6m3，吨煤突出瓦斯量达43.2m3/t。由于孔洞深部和周围大量煤炭的喷出形成的特大突出孔洞，给工作面掘进及回采期间在支护、防灭火、瓦斯治理方面造成严重隐患。

        2、突出孔洞治理技术
        2.1事故后停产期间治理措施
        2.1.1突出孔洞加强支护
        为防治突出孔洞对巷道支护的破坏，造成巷道片帮、冒顶等事故的发生，根据事故现场巷道破坏情况，对突出孔洞附近20m范围内巷道采取了加强支护。首先采用工字钢点杆自工作面迎头沿巷道两帮打设闭帮柱，对两帮和顶板进行支护，点杆间距0.8m；再采用黄泥装袋堆砌土袋墙对突出孔洞进行封闭，墙体宽1000mm；自工作面迎头退后20m范围内加密锚索布置，锚索间排距2000×2000mm；最后对孔洞20m范围内巷道进行喷浆封闭处理。
        2.1.2突出点瓦斯治理
        掘进前，首先对贯通段巷道区域重新执行区域防突措施，对该区域防突钻孔重新设计、施工，重新进行瓦斯抽采达标评判，确保区域瓦斯治理到位。原设计在11090胶带顺槽底板巷内每6m布置一列钻孔，每列12个钻孔，钻孔孔底间为6×6m，见煤点控制煤巷轮廓线外18m，终孔穿过煤层进入顶板0.5m。过突出孔洞期间将巷道两侧区域防突钻孔控制范围调整到各30m。钻孔组距4.2m，钻孔终孔点垂距4.2m。同时加强钻孔卸煤量要求，补充钻孔冲煤量按照每组钻孔宽（30-15）×排距4.2m×煤体密度1.46t/m3×煤厚进行控制。
        2.1.3 突出孔洞防灭火措施
        采用底板巷穿层钻孔注水+煤巷顺层钻孔注水+注浆钻孔封闭的办法对突出点煤层进行注浆封闭，预防煤层自燃。其中11090胶带顺槽外段突出点采用注水及灭阻安的综合防治措施，共注灭阻安2.5吨。在11090胶带底板巷突出点附近向煤层施工穿层注水钻孔，并配合灭阻安进行注水。注水孔布置见图2、图3。

        2.2恢复掘进期间治理措施
        2.2.1火灾预测预报
        （1）对抽采管路内气体进行观测取样分析。
        （2）对注浆、注水时出水温度连续观测、记录，观测出水温度变化趋势。
        （3）现场对裂隙内各种气体、温度变化情况进行检查。
        2.2.2强化区域验证及异常信息收集
        掘进期间坚持连续区域验证，且每次必须科级干部现场盯守，确保验证数据真实可靠。在巷道恢复掘进前及每掘进30m，顺槽正头施工3个前探钻孔。中间钻孔深度以穿透巷道为准，两侧钻孔控制巷道轮廓线外18m。且每班掘进前，必须施工9个超前探孔。超前探孔施工期间，严格异常信息收集，无异常情况，则判定为区域措施有效，否则必须采取补充防突措施，直至措施有效。
        2.2.3 贯通前后防治措施
        距贯通剩余16m时，正头左前肩窝处揭露突出空洞，空洞呈三角形，高0.3m、深6m、外口宽1.1m，现场测量空洞与孔内无CO和瓦斯，中部及右部未见空洞。对左侧空洞现场充进行充填封堵，并停掘注水。见图4。

        图4 突出孔洞实拍图
        巷道贯通后，对贯通点前后20m范围内喷浆进行加固。在贯通点向切眼方向施工两个注水钻场，左钻场距贯通点10m，右钻场距贯通点15m。左右钻场分别施工注水孔32个和28个，注水作业持续至采煤工作面回采至贯通点为止。截止2019年10月17日累计注水1419m3。
        2.3回采通过期间治理措施
        2.3.1 减缓推进速度，采取连续区域验证
        （1）为确保工作面匀速推进，规定每三天进行一次验证，每次验证最多允许回采4米，且验证时间固定在八点班，无论上次验证进尺是否回采到位，必须进行验证，提前到位时工作面停下来不准回采。
        （2）在工作面初采、周期来压、煤厚变化带以及出现响煤炮、严重片帮等现象期间,为保证安全，降低防突循环进尺，验证指标不超标时允许回采进尺降为4m。
        （3）根据煤厚变化对区域验证钻孔进行加密。
        2.3.2工作面浅孔强化抽采
        工作面回采期间根据最新探煤及验证参数，沿工作面切眼煤体施工浅孔进行抽采。要求每天8点班集中打孔，优先施工厚煤区浅孔，开钻不少于6部，每部钻每班施工不得低于15个孔，并采用推胀式封孔器及时封孔连管抽采。
        2.3.3工作面顺层钻孔卸压带抽采
        在工作面两条顺槽施工顺层钻孔，采用“边采边抽”的方式抽采采煤工作面前方卸压煤体的瓦斯，在两条顺槽靠近回采工作面一侧的巷帮始终超前工作面前方50～100m范围施工顺层斜角钻孔，偏角70°，钻孔间距3米，孔深90米，对工作面前方应力区进行瓦斯预抽，确保工作面低瓦斯安全回采。
        2.3.4工作面回采期间突出孔洞防灭火技术
        工作面回采前主要采用以下方法进行防灭火：一是在突出点前后20m范围内进行喷浆封闭，切断供风渠道；二是在突出点附近施工左、右钻场，根据突出预想孔洞设计施工注水孔注水，降低孔洞内温度；三是突出点下风侧安设CO传感器，连续在线监测CO；四是人工监测，每班对突出点附近钻孔进行CO测量，确定异常区域重点进行防治。
        3 结语
        通过对突出孔洞的充填，巷道加固，煤体注水，裂隙注浆封闭，超前探测，连续观测等措施，有效控制了巷道顶板，避免了片帮、冒顶事故。杜绝了二次突出、瓦斯超限、煤层自然发火事故，实现了11090工作面的安全高效回采，为类似条件突出矿井过突出孔洞方面积累了经验。
参考文献：
[1]赖世，魏乐平，常昭丽，王良庆.煤与瓦斯突出孔峒自燃火灾的防治[J].煤炭学报，2000（01）
[2]陈久福，张玉明.过特大突出孔洞技术与实践[J].煤矿安全，2012（08）
[3]王红，钟定云，赵川.安稳斜井过特大型突出孔洞综合防治技术的探索与实践[J].矿业安全与环保，2012（S1）