论文部分内容阅读
摘 要：煤层之间，两煤层都属于突出煤层。煤层间距仅17 m，在矿井施工过程中经常出现大巷距离突出煤层过近（小于5 m）的情况。按照《防治煤与瓦斯突出规定>要求，必须采取防突措施并经效果检验无突出危险性后方可掘进。传统穿层预抽瓦斯的防突措施存在消突时间长、巷道掘进进度慢的特点，需找到一种快速的近煤岩巷防突技术。水力冲孔技术具有施工钻孔少、消突效果好的作用，是一种能够快速消除突出危险性的防突措施，在新田煤礦1402底抽巷，取得了圆满成功。
关键词：近煤岩巷;水力冲孔;防突
新田煤矿为设计120万t/a的生产矿井，服务年限为70年，采用斜井单水平开拓;主采煤层为4号和9号煤，4号煤层平均厚度2.79m，9号煤层平均厚度2.41m，为煤与瓦斯突出矿井;4号煤层瓦斯含量在17.96～20.59m?/t，瓦斯压力在2.32Mpa，透气性系数为1.273㎡/Mpa?.d，坚固系数0.5，煤层瓦斯大、煤质松软，煤层透气性差，此前新田煤矿采用穿层钻孔预抽煤巷瓦斯，抽放时间长，钻孔利用率底，钻孔工程量大，工作面消突困难，严重影响了矿井的采掘接替，迫切需要采取引进新技术来消除工作面煤层的突出危险性。
1 水力冲孔工程概况
新田煤矿部分开拓巷道已经完成，构成了较完善的体系。例如：井底车场、胶带大巷、回风大巷、轨道大巷。现主要对准备巷道加快进程，西三车场是西区1203l工作面轨道巷车场，西区二。煤层测得最大瓦斯含量为14.96 m’/t;瓦斯压力最大为3.1MPa。另外，此处矿山压力也比较大，在西三车场开口附近的西轨大巷曾出现过底鼓现象，巷道底鼓高度约0.5 ino
2 西三车场围岩及此处煤层情况
西j车场为岩石巷道，主要为砂质泥岩，少数为泥岩、粉砂岩或细砂岩，根据地质探测：煤层走向50°～60°，倾向1400-1500，倾角30-40，煤层平均厚4.0 m，巷道开El时底板距离煤层厚度约1.8 m。向前掘进时。必须采取防突措旌并经效果检验无突出危险性之后方可掘进。
3 水力冲孔原理
煤和瓦斯突出是由瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多因素共同作用的结果。煤层中发生煤与瓦斯突出的动力，是煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能。因此如果能够释放引起煤和瓦斯突出的能量，就能达到预防瓦斯突出的目的。水力冲孔措施就是依靠高压水的冲击能力，使得掘进工作面前方煤体的破碎，逐渐形成一个大尺寸的水力掏槽孔;与此同时，孔道周围煤体向孔道方向发生大幅度的移动，造成煤体的膨胀变形和顶、底板间的相向位移，引起在孔道影响范围内地应力降低，煤层得到充分卸压，裂隙增加，使煤层透气性大幅度增高，促进瓦斯解吸和排放，大幅度地释放了煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，煤的塑性增高和湿度增加，既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，从而起到在采掘作业时防止煤与瓦斯突出的作用。水力冲孔过程中，水的作用一方面是形成高压水，导致煤擘破碎，形成一个较大的水力掏槽孔，使孔道周嗣煤体得到充分卸压和瓦斯大幅度排放;另一方面是湿润煤体，减小煤体的脆性，增加可塑性，降低煤体内部的应力集中，增强防止煤和瓦斯突出的能力，起到综合防突的作用。
4 水力冲孔设计与实施
按照设计抽（释）放钻孔的方法进行水力冲孔钻孔设计，采用ZY-750型全液压钻机进行排放钻孔施工，在西三车场工作面布置20个钻孔，钻孔控制到巷道周界外3 m的煤层内，向前控制35 m，最长的钻孔50 m，最短的钻孔13 m，终孔间距不小于4In，而且不大于15 m，钻孔直径为94 mm。钻孔施工mm的冲孔钻头（采用普通金刚石PDC j翼内凹钻头，将原有出水孔每个都封堵一半，罂3-5 mm大的出水孔），连接引至Brwl25/31.5型乳化液泵（最大流量125 L/rain，最大压力31.5 MPa，功率75 kW）的高压水管，进行水力冲刷，水压为10 MPa左右，水力冲刷时钻头要反复进退直到冲不出煤为止。采用水力冲孔技术时，只施丁20个钻孔，分别对所有钻孔进行水力冲孔。
5 水力冲孔效果考察
在水力冲孔施工过程中，大量煤与瓦斯被冲出，大量瓦斯由吸附状态转变为游离状态，脱离煤层，有效降低了煤与瓦斯突出的危险性，起到消突效果。新田煤矿所处煤田，煤的硬度较低，呈粉状，煤层透气性差，吸附性较强，经试验证明，利用水力冲孔要比抽放效果显著。西轨大巷曾利用瓦斯抽放手段作为消突措施，历经约60 d才使瓦斯含量下降到《防治煤与瓦斯突出规定》所要求的8 m3/t以下，而西三车场，利用水力冲孔技术仅用了20 d时间，经河南理工大学现场测定，瓦斯残余含量已下降到了5.23 m3/t，钻屑解析指标△^，最大值为160 Pa（表2），防突所用时间缩短到原来的一半，大大缩短了消突时间，加快了巷道的施工进度。
6 施工注意事项
（1）在施工过程中，由于瓦斯压力较大会出现喷孔现象，可能会造成巷道内瓦斯浓度超限，所以要加强通风管理，保证巷道内瓦斯浓度小于0.8%。若瓦斯浓度超限时必须及时停止作业，待瓦斯浓度下降到规定值后，方可继续施工。
（2）水力冲孔会有大量的碎煤和水流出，需要建立沉淀池，并做好排水下作，以免影响打钻地点环境卫生及堵塞底板上已施工完毕的钻孔，影响钻孔的瓦斯释放效果和钻孔施工进度。
7 结语
水力冲孔措施工艺简单，施工安全，技术可行，且湿润了煤体，降低了打钻过程中工作面粉尘浓度，改善了工作环境。采用水力冲孔措施，使水力掏槽孔前方和两帮煤体得到充分卸压，煤体的应力梯度下降;在释放应力的同时引起煤层透气性大幅度增加，瓦斯得到释放，瓦斯压力梯度大幅度下降，消除了激发突出的应力和瓦斯条件，且增大了煤体抑制突出的阻力，起到了很好的综合防突作用。采用水力冲孔，严格按措施执行，能大幅度降低效检超标率，巷道掘进速度提高2—3倍，经济效益和社会效益十分显著。水力冲孔不仅为新田煤矿以后揭煤摸索出了一条快速防突新路，同时也为类似矿井快速防突提供了可借鉴的成功经验。
参考文献
[1]程五一，张序名.煤与瓦斯突出区域预测理论及技术[M].北京：煤炭r业出版社，2005.
[2]于不凡.煤与瓦斯突出防治技术手册[M].徐州：中国矿业大学出版社。2006.姜福兴，王同旭，潘宪友.等.矿山压力与岩层控制[M].北京：煤炭工
关键词：近煤岩巷;水力冲孔;防突
新田煤矿为设计120万t/a的生产矿井，服务年限为70年，采用斜井单水平开拓;主采煤层为4号和9号煤，4号煤层平均厚度2.79m，9号煤层平均厚度2.41m，为煤与瓦斯突出矿井;4号煤层瓦斯含量在17.96～20.59m?/t，瓦斯压力在2.32Mpa，透气性系数为1.273㎡/Mpa?.d，坚固系数0.5，煤层瓦斯大、煤质松软，煤层透气性差，此前新田煤矿采用穿层钻孔预抽煤巷瓦斯，抽放时间长，钻孔利用率底，钻孔工程量大，工作面消突困难，严重影响了矿井的采掘接替，迫切需要采取引进新技术来消除工作面煤层的突出危险性。
1 水力冲孔工程概况
新田煤矿部分开拓巷道已经完成，构成了较完善的体系。例如：井底车场、胶带大巷、回风大巷、轨道大巷。现主要对准备巷道加快进程，西三车场是西区1203l工作面轨道巷车场，西区二。煤层测得最大瓦斯含量为14.96 m’/t;瓦斯压力最大为3.1MPa。另外，此处矿山压力也比较大，在西三车场开口附近的西轨大巷曾出现过底鼓现象，巷道底鼓高度约0.5 ino
2 西三车场围岩及此处煤层情况
西j车场为岩石巷道，主要为砂质泥岩，少数为泥岩、粉砂岩或细砂岩，根据地质探测：煤层走向50°～60°，倾向1400-1500，倾角30-40，煤层平均厚4.0 m，巷道开El时底板距离煤层厚度约1.8 m。向前掘进时。必须采取防突措旌并经效果检验无突出危险性之后方可掘进。
3 水力冲孔原理
煤和瓦斯突出是由瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等多因素共同作用的结果。煤层中发生煤与瓦斯突出的动力，是煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能。因此如果能够释放引起煤和瓦斯突出的能量，就能达到预防瓦斯突出的目的。水力冲孔措施就是依靠高压水的冲击能力，使得掘进工作面前方煤体的破碎，逐渐形成一个大尺寸的水力掏槽孔;与此同时，孔道周围煤体向孔道方向发生大幅度的移动，造成煤体的膨胀变形和顶、底板间的相向位移，引起在孔道影响范围内地应力降低，煤层得到充分卸压，裂隙增加，使煤层透气性大幅度增高，促进瓦斯解吸和排放，大幅度地释放了煤层和围岩中的弹性潜能和瓦斯的膨胀能，煤的塑性增高和湿度增加，既消除了突出的动力，又改变了突出煤层的性质，从而起到在采掘作业时防止煤与瓦斯突出的作用。水力冲孔过程中，水的作用一方面是形成高压水，导致煤擘破碎，形成一个较大的水力掏槽孔，使孔道周嗣煤体得到充分卸压和瓦斯大幅度排放;另一方面是湿润煤体，减小煤体的脆性，增加可塑性，降低煤体内部的应力集中，增强防止煤和瓦斯突出的能力，起到综合防突的作用。
4 水力冲孔设计与实施
按照设计抽（释）放钻孔的方法进行水力冲孔钻孔设计，采用ZY-750型全液压钻机进行排放钻孔施工，在西三车场工作面布置20个钻孔，钻孔控制到巷道周界外3 m的煤层内，向前控制35 m，最长的钻孔50 m，最短的钻孔13 m，终孔间距不小于4In，而且不大于15 m，钻孔直径为94 mm。钻孔施工mm的冲孔钻头（采用普通金刚石PDC j翼内凹钻头，将原有出水孔每个都封堵一半，罂3-5 mm大的出水孔），连接引至Brwl25/31.5型乳化液泵（最大流量125 L/rain，最大压力31.5 MPa，功率75 kW）的高压水管，进行水力冲刷，水压为10 MPa左右，水力冲刷时钻头要反复进退直到冲不出煤为止。采用水力冲孔技术时，只施丁20个钻孔，分别对所有钻孔进行水力冲孔。
5 水力冲孔效果考察
在水力冲孔施工过程中，大量煤与瓦斯被冲出，大量瓦斯由吸附状态转变为游离状态，脱离煤层，有效降低了煤与瓦斯突出的危险性，起到消突效果。新田煤矿所处煤田，煤的硬度较低，呈粉状，煤层透气性差，吸附性较强，经试验证明，利用水力冲孔要比抽放效果显著。西轨大巷曾利用瓦斯抽放手段作为消突措施，历经约60 d才使瓦斯含量下降到《防治煤与瓦斯突出规定》所要求的8 m3/t以下，而西三车场，利用水力冲孔技术仅用了20 d时间，经河南理工大学现场测定，瓦斯残余含量已下降到了5.23 m3/t，钻屑解析指标△^，最大值为160 Pa（表2），防突所用时间缩短到原来的一半，大大缩短了消突时间，加快了巷道的施工进度。
6 施工注意事项
（1）在施工过程中，由于瓦斯压力较大会出现喷孔现象，可能会造成巷道内瓦斯浓度超限，所以要加强通风管理，保证巷道内瓦斯浓度小于0.8%。若瓦斯浓度超限时必须及时停止作业，待瓦斯浓度下降到规定值后，方可继续施工。
（2）水力冲孔会有大量的碎煤和水流出，需要建立沉淀池，并做好排水下作，以免影响打钻地点环境卫生及堵塞底板上已施工完毕的钻孔，影响钻孔的瓦斯释放效果和钻孔施工进度。
7 结语
水力冲孔措施工艺简单，施工安全，技术可行，且湿润了煤体，降低了打钻过程中工作面粉尘浓度，改善了工作环境。采用水力冲孔措施，使水力掏槽孔前方和两帮煤体得到充分卸压，煤体的应力梯度下降;在释放应力的同时引起煤层透气性大幅度增加，瓦斯得到释放，瓦斯压力梯度大幅度下降，消除了激发突出的应力和瓦斯条件，且增大了煤体抑制突出的阻力，起到了很好的综合防突作用。采用水力冲孔，严格按措施执行，能大幅度降低效检超标率，巷道掘进速度提高2—3倍，经济效益和社会效益十分显著。水力冲孔不仅为新田煤矿以后揭煤摸索出了一条快速防突新路，同时也为类似矿井快速防突提供了可借鉴的成功经验。
参考文献
[1]程五一，张序名.煤与瓦斯突出区域预测理论及技术[M].北京：煤炭r业出版社，2005.
[2]于不凡.煤与瓦斯突出防治技术手册[M].徐州：中国矿业大学出版社。2006.姜福兴，王同旭，潘宪友.等.矿山压力与岩层控制[M].北京：煤炭工