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摘要：在石门揭穿近水平厚突煤层时，穿煤段距离一般长达几十米，抽放钻孔施工时，喷空、卡钻、顶钻严重，无法一次性穿透全煤层、无法一次覆盖全部应抽区域，采用传统的分段防突措施，揭穿煤层。但危险性大，揭煤时间长。针对这种情况，提出了石门揭煤区域综合防突措施，通过在玉溪煤矿副斜井石门揭露3号煤层现场试验，安全、快速的揭露了煤层，证明了该方法的有效性，为该矿及其他类似条件的矿井提供有益的技术参考。
关键词：近水平厚煤层；石门揭煤；导硐；防突技术
煤与瓦斯突出是煤矿最严重的灾害事故之一[1]。统计资料表明[2]，在众多的突出事故中，石门揭穿煤层的突出强度最大 ，平均强度586.1（为总平均强度的6.55倍），且80%以上的特大型突出均发生在石门揭煤时。石门揭煤是一项危险性很大、技术难度高的工，揭煤地点的瓦斯压力、地应力通常都处于原始状态，揭煤层时，工作面岩层突然进入较松软的煤层，揭开煤后存在易留“门坎”等潜在的安全隐患，为发生煤与瓦斯突出提供了必要而有利的条件。在揭近水平煤层的过程中，除考虑煤层的突出危险外，煤层地质构造的影响也很重要，同时考虑因倾角小引起揭煤里程长，区域预抽钻孔一次覆盖整个揭煤区域的难度大，一次性揭穿煤层全厚难度大等因素[3]。若石门揭煤区域煤层倾角小，厚度大，会导致石门揭煤段过长，若该处煤的硬度较小或存在软分层，瓦斯压力较大，则会出现严重的顶钻、卡钻、喷孔现象，最终导致钻孔无法一次性穿透煤层全厚[4]。为此，在《防治煤于瓦斯突出规定》中要求，揭煤工作面施工的钻孔尽可能穿透煤层全厚。当不能一次打穿煤层全厚时，可分段施工，但第一次实施的钻孔穿煤长度不得小于15m，然而分段实施措施，延长揭煤时间，增加突出危险性。
当采用传统的在掘进迎头分段施工区域预抽钻孔的方法不能一次全覆盖整个揭煤区域，即使勉强能覆盖，由于钻孔过长，无法保证钻孔按设计要求打到位，也就是不能真正覆盖整个揭煤区域。因此，揭近水平厚突煤层时，制定合理的防突技术措施，采用合理预抽钻孔布置方法尤为关键。
1 工程背景
晋城某煤矿为基建矿井，井口标高+792.2m，井底标高+320m，井筒倾角-20°，设计斜长1380m，预计揭煤位置为1281m。副斜井巷道断面形状为直墙半圆拱，巷道高度为4.90m，巷道宽度为4.55m，掘进断面19.7 m2，净断面17.0m2。
根据井筒检查孔成果报告，此处进行石门揭煤有以下难点：（1）该处3号煤层突出危险性大，瓦斯含量达到19.36 m3/t，压力达到2.79MPa；打钻过程中动力现象明显，前期施工探煤孔时，出现严重的卡钻，顶钻、抱钻现象，钻孔施工十分困难；（2）煤层厚，厚度5.42m；倾角小，煤层倾角小于8°；过煤段长，过煤距离达15m左右；（3）巷道断面大，净断面17.0m2。
为了实现区域瓦斯有效治理，缩短揭煤工期，针对近水平厚煤层揭煤的特点，必须采取一种有效的技术工艺。
2 近水平煤层揭煤方案
在揭煤前的掘进过程中，需要根据巷道掘进工作面距煤层的距离，采取多种具有针对性的防突措施。首先提出了包括施工探煤孔控制煤层层位、高压压风洗孔、水泥砂浆灌注底板裂隙、煤体注浆固化等快速安全揭煤瓦斯灾害治理模式，为保证区域防突措施一次性覆盖整个揭煤区域做准备。
2.1煤层探测
前探钻孔可以探明煤层赋存情况，保证能确切地掌握煤层位置、厚度、倾角的变化、地质构造和瓦斯情况[5]；可以促使煤体卸压和降低煤体瓦斯含量。为准确控制3号煤层层位，在副斜井巷道工作面掘进至距3号煤层顶板垂距20m开始，每个循环在石门断面四周轮廓线外10m范围煤层内布置一定数量的前探钻孔。所有前探钻孔必须穿透3号煤层，并进入煤层底板不小于0.5m。必须边探边掘，随着岩柱的缩小，前探最空布置加密，前探钻孔超前掘进工作面距离不小于10m。在探测出石门附近发育有断层等地质构造时，必须准确探煤地质构造情况，制订专门措施，防止误揭煤层。
2.2冲煤扫空
冲煤扫孔的技术作用原理：冲煤掃孔技术主要是通过两个方面加速瓦斯排放：1）冲出孔内积水，减小瓦斯向孔内流动的阻力，降低了水分对煤体瓦斯的抑制解吸效应；2）冲出了煤体，包括孔内跨落堆积的煤体和孔周流变破坏比较严重的煤体，为后续煤体的移动变形提供空间，使集中应力深移，卸压范围增大，孔洞周围煤体的孔隙裂隙网络不断发育，增加了煤体的透气性，最终达到加速瓦斯运移的效果。
常规瓦斯抽采钻孔由于未采用冲煤扫孔技术，煤体在孔内积水的浸泡下会膨胀变形，使周围煤体的应力增加，不利于煤体的卸压增透；另外，由于煤体孔隙裂隙的表面张力和毛细管力的作用，水分会进入煤体的孔隙裂隙中，封堵了瓦斯运移的通道，降低了瓦斯解吸速度，不利于瓦斯抽采。通过冲煤扫孔技术清除孔内积水，可以有效地避免水分对瓦斯的抑制解吸效应。
2.3水泥砂浆灌注导硐底板裂隙
抽采钻孔漏气是影响瓦斯抽放效果的主要因素之一，导致漏气有两方面的原因：1）人为因素，没有按照要求严封孔；2）抽采钻孔与巷道底板裂隙导通。在近水平的导硐底板用水泥砂浆做50cm的加厚层，一方面灌注导硐底板裂隙，一方面相当于加长了50cm的封孔长度，做到严封孔。
2.4煤体注浆固化
区域防突措施效果检验有效，区域突出危险性消除后，可以按照边探边掘的要求往前掘进至距煤层顶板法距5m位置。在掘进前用利用已打好的区域预抽钻孔作为煤体注浆固化的注浆孔，采用高压注水泥砂浆方式对所有的抽采钻孔进行注浆固化煤体。
3导硐布置区域预抽钻孔的防突技术
结合揭煤地点煤层特性，提出做导硐布置区域预抽钻孔的防突技术。在巷道掘进至距煤层顶板法距7m的位置，首先施工长18.5m且平行于煤层顶板做导硐，导硐为半圆拱形断面，宽4.9m，高3m。导硐内施工穿层钻孔。钻孔控制范围为揭煤处巷道轮廓线外12m，同时控制范围的边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m。在导硐内向揭煤区域施工预抽钻孔，保证区域防突措施一次性覆盖整个揭煤区域。 导硐及区域预抽钻孔设计如图1所示。
4.效果验证
自2012年6月1日开始，至2012年11月5日，晋城某煤矿副斜井合计抽采瓦斯867701.92m3。经计算副斜井揭煤区域煤炭储量为47044.72t，瓦斯储量为1420825.82 m3。抽采瓦斯量867701.92m3，瓦斯预抽率为61.07%。按原始瓦斯含量19.36m3/t，副斜井揭煤区域计算残余瓦斯含量为7.53m3/t。然后采用残余瓦斯含量指标，对副斜井揭煤地点实施区域防突措施后的瓦斯突出危险性进行区域效果检验，按要求在揭煤区域布置四个检验点，测得残余瓦斯含量值：1号检验孔7.42m3/t， 2号检验孔6.93m3/t， 3号检验孔7.18m3/t， 4号检验孔7.65m3/t，均小于8m3/t，检验结果为已经消除了突出危险性。
将预抽钻孔用水泥砂浆高压注浆后，按照边探边掘的方法向前掘进，到距煤层顶板法距5m停掘，采用钻屑瓦斯解吸指标K1值做区域验证和工作面的突出危险性预测，按照防突规定第71条进行测定，测定最大值是：0.42 ml/g.min1/2， 小于临界值0.5ml/g.min1/2。
经效果检验无突出危险后，巷道穿煤过程中，采用边掘边抽和迎头浅孔排放的煤巷掘进防突管理程序。穿煤后向巷道底板的煤层中施工了部分卸压排放孔，确保石门揭煤的安全。
在导硐内向揭煤区域施工预抽钻孔，保证了区域防突措施一次性覆盖整个揭煤区域，有效地降低了揭穿煤层时的突出危险性，实现了安全快速的揭煤。
5结论
（1）实践了探煤控制煤层层位、导硐方式布置穿层钻孔预抽，水泥砂浆灌注封堵导硐底板裂隙，水泥砂浆灌注预抽孔煤体固化等综合防突技术。
（2）导硐布置区域预抽钻孔的防突技术在晋城某煤矿副斜井石门揭开3号煤层中得到了应用，消除了石门揭煤的突出危险性，实现了安全、快速揭煤。对石门揭穿近水平厚突煤层有一定的参考意义。
参考文献：
[1] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992：66-67.
[2] 于不凡，王佑安.煤与瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工業出版社，2000：495-496.
[3]周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京：煤炭工业出版社，1997.
[4] 刘震，李增华，杨勇良，等.缓斜特厚煤层石门揭煤区域综合防突技术[J].煤矿安全，2010， 08（23）.
[5] 李建铭.煤与瓦斯突出防治技术手册[M].徐州：中国矿大出版社，2006.
关键词：近水平厚煤层；石门揭煤；导硐；防突技术
煤与瓦斯突出是煤矿最严重的灾害事故之一[1]。统计资料表明[2]，在众多的突出事故中，石门揭穿煤层的突出强度最大 ，平均强度586.1（为总平均强度的6.55倍），且80%以上的特大型突出均发生在石门揭煤时。石门揭煤是一项危险性很大、技术难度高的工，揭煤地点的瓦斯压力、地应力通常都处于原始状态，揭煤层时，工作面岩层突然进入较松软的煤层，揭开煤后存在易留“门坎”等潜在的安全隐患，为发生煤与瓦斯突出提供了必要而有利的条件。在揭近水平煤层的过程中，除考虑煤层的突出危险外，煤层地质构造的影响也很重要，同时考虑因倾角小引起揭煤里程长，区域预抽钻孔一次覆盖整个揭煤区域的难度大，一次性揭穿煤层全厚难度大等因素[3]。若石门揭煤区域煤层倾角小，厚度大，会导致石门揭煤段过长，若该处煤的硬度较小或存在软分层，瓦斯压力较大，则会出现严重的顶钻、卡钻、喷孔现象，最终导致钻孔无法一次性穿透煤层全厚[4]。为此，在《防治煤于瓦斯突出规定》中要求，揭煤工作面施工的钻孔尽可能穿透煤层全厚。当不能一次打穿煤层全厚时，可分段施工，但第一次实施的钻孔穿煤长度不得小于15m，然而分段实施措施，延长揭煤时间，增加突出危险性。
当采用传统的在掘进迎头分段施工区域预抽钻孔的方法不能一次全覆盖整个揭煤区域，即使勉强能覆盖，由于钻孔过长，无法保证钻孔按设计要求打到位，也就是不能真正覆盖整个揭煤区域。因此，揭近水平厚突煤层时，制定合理的防突技术措施，采用合理预抽钻孔布置方法尤为关键。
1 工程背景
晋城某煤矿为基建矿井，井口标高+792.2m，井底标高+320m，井筒倾角-20°，设计斜长1380m，预计揭煤位置为1281m。副斜井巷道断面形状为直墙半圆拱，巷道高度为4.90m，巷道宽度为4.55m，掘进断面19.7 m2，净断面17.0m2。
根据井筒检查孔成果报告，此处进行石门揭煤有以下难点：（1）该处3号煤层突出危险性大，瓦斯含量达到19.36 m3/t，压力达到2.79MPa；打钻过程中动力现象明显，前期施工探煤孔时，出现严重的卡钻，顶钻、抱钻现象，钻孔施工十分困难；（2）煤层厚，厚度5.42m；倾角小，煤层倾角小于8°；过煤段长，过煤距离达15m左右；（3）巷道断面大，净断面17.0m2。
为了实现区域瓦斯有效治理，缩短揭煤工期，针对近水平厚煤层揭煤的特点，必须采取一种有效的技术工艺。
2 近水平煤层揭煤方案
在揭煤前的掘进过程中，需要根据巷道掘进工作面距煤层的距离，采取多种具有针对性的防突措施。首先提出了包括施工探煤孔控制煤层层位、高压压风洗孔、水泥砂浆灌注底板裂隙、煤体注浆固化等快速安全揭煤瓦斯灾害治理模式，为保证区域防突措施一次性覆盖整个揭煤区域做准备。
2.1煤层探测
前探钻孔可以探明煤层赋存情况，保证能确切地掌握煤层位置、厚度、倾角的变化、地质构造和瓦斯情况[5]；可以促使煤体卸压和降低煤体瓦斯含量。为准确控制3号煤层层位，在副斜井巷道工作面掘进至距3号煤层顶板垂距20m开始，每个循环在石门断面四周轮廓线外10m范围煤层内布置一定数量的前探钻孔。所有前探钻孔必须穿透3号煤层，并进入煤层底板不小于0.5m。必须边探边掘，随着岩柱的缩小，前探最空布置加密，前探钻孔超前掘进工作面距离不小于10m。在探测出石门附近发育有断层等地质构造时，必须准确探煤地质构造情况，制订专门措施，防止误揭煤层。
2.2冲煤扫空
冲煤扫孔的技术作用原理：冲煤掃孔技术主要是通过两个方面加速瓦斯排放：1）冲出孔内积水，减小瓦斯向孔内流动的阻力，降低了水分对煤体瓦斯的抑制解吸效应；2）冲出了煤体，包括孔内跨落堆积的煤体和孔周流变破坏比较严重的煤体，为后续煤体的移动变形提供空间，使集中应力深移，卸压范围增大，孔洞周围煤体的孔隙裂隙网络不断发育，增加了煤体的透气性，最终达到加速瓦斯运移的效果。
常规瓦斯抽采钻孔由于未采用冲煤扫孔技术，煤体在孔内积水的浸泡下会膨胀变形，使周围煤体的应力增加，不利于煤体的卸压增透；另外，由于煤体孔隙裂隙的表面张力和毛细管力的作用，水分会进入煤体的孔隙裂隙中，封堵了瓦斯运移的通道，降低了瓦斯解吸速度，不利于瓦斯抽采。通过冲煤扫孔技术清除孔内积水，可以有效地避免水分对瓦斯的抑制解吸效应。
2.3水泥砂浆灌注导硐底板裂隙
抽采钻孔漏气是影响瓦斯抽放效果的主要因素之一，导致漏气有两方面的原因：1）人为因素，没有按照要求严封孔；2）抽采钻孔与巷道底板裂隙导通。在近水平的导硐底板用水泥砂浆做50cm的加厚层，一方面灌注导硐底板裂隙，一方面相当于加长了50cm的封孔长度，做到严封孔。
2.4煤体注浆固化
区域防突措施效果检验有效，区域突出危险性消除后，可以按照边探边掘的要求往前掘进至距煤层顶板法距5m位置。在掘进前用利用已打好的区域预抽钻孔作为煤体注浆固化的注浆孔，采用高压注水泥砂浆方式对所有的抽采钻孔进行注浆固化煤体。
3导硐布置区域预抽钻孔的防突技术
结合揭煤地点煤层特性，提出做导硐布置区域预抽钻孔的防突技术。在巷道掘进至距煤层顶板法距7m的位置，首先施工长18.5m且平行于煤层顶板做导硐，导硐为半圆拱形断面，宽4.9m，高3m。导硐内施工穿层钻孔。钻孔控制范围为揭煤处巷道轮廓线外12m，同时控制范围的边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m。在导硐内向揭煤区域施工预抽钻孔，保证区域防突措施一次性覆盖整个揭煤区域。 导硐及区域预抽钻孔设计如图1所示。
4.效果验证
自2012年6月1日开始，至2012年11月5日，晋城某煤矿副斜井合计抽采瓦斯867701.92m3。经计算副斜井揭煤区域煤炭储量为47044.72t，瓦斯储量为1420825.82 m3。抽采瓦斯量867701.92m3，瓦斯预抽率为61.07%。按原始瓦斯含量19.36m3/t，副斜井揭煤区域计算残余瓦斯含量为7.53m3/t。然后采用残余瓦斯含量指标，对副斜井揭煤地点实施区域防突措施后的瓦斯突出危险性进行区域效果检验，按要求在揭煤区域布置四个检验点，测得残余瓦斯含量值：1号检验孔7.42m3/t， 2号检验孔6.93m3/t， 3号检验孔7.18m3/t， 4号检验孔7.65m3/t，均小于8m3/t，检验结果为已经消除了突出危险性。
将预抽钻孔用水泥砂浆高压注浆后，按照边探边掘的方法向前掘进，到距煤层顶板法距5m停掘，采用钻屑瓦斯解吸指标K1值做区域验证和工作面的突出危险性预测，按照防突规定第71条进行测定，测定最大值是：0.42 ml/g.min1/2， 小于临界值0.5ml/g.min1/2。
经效果检验无突出危险后，巷道穿煤过程中，采用边掘边抽和迎头浅孔排放的煤巷掘进防突管理程序。穿煤后向巷道底板的煤层中施工了部分卸压排放孔，确保石门揭煤的安全。
在导硐内向揭煤区域施工预抽钻孔，保证了区域防突措施一次性覆盖整个揭煤区域，有效地降低了揭穿煤层时的突出危险性，实现了安全快速的揭煤。
5结论
（1）实践了探煤控制煤层层位、导硐方式布置穿层钻孔预抽，水泥砂浆灌注封堵导硐底板裂隙，水泥砂浆灌注预抽孔煤体固化等综合防突技术。
（2）导硐布置区域预抽钻孔的防突技术在晋城某煤矿副斜井石门揭开3号煤层中得到了应用，消除了石门揭煤的突出危险性，实现了安全、快速揭煤。对石门揭穿近水平厚突煤层有一定的参考意义。
参考文献：
[1] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992：66-67.
[2] 于不凡，王佑安.煤与瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工業出版社，2000：495-496.
[3]周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京：煤炭工业出版社，1997.
[4] 刘震，李增华，杨勇良，等.缓斜特厚煤层石门揭煤区域综合防突技术[J].煤矿安全，2010， 08（23）.
[5] 李建铭.煤与瓦斯突出防治技术手册[M].徐州：中国矿大出版社，2006.