复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术.pdf

83技术应用与研究在煤矿开采工作中，半煤岩巷掘进防突技术普遍应用于复杂地质条件，能够在很大程度上减少事故发生率，避免人员伤亡，降低生命财产损失。该技术能够辅助保护层开采工作，优化穿层钻孔工艺，提升顺层钻孔预抽效率，降低灾害发生率，加强煤矿开采安全管理。本文将简单介绍某煤矿开采环境，系统论述复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术试验，并综合探讨复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术的优点与不足。一、某煤矿开采环境某煤矿企业为了克服复杂地质条件带来的困难，提升采矿安全管理质量和效率，主要开采1号和2号煤层，将2号煤层作为1号煤层的保护层。1号煤层的煤厚平均为1m，接近水平煤层。在煤炭开采过程中，随着开采深度的增加，瓦斯浓度与含量会随之递增。然而，走向不同，瓦斯含量的差异也比较大，即使标高一样，不同走向的瓦斯含量差值会达到7到8m3/t。在不同区域，煤层的破坏类型也存在很大差异，可以分为类破坏煤，类破坏煤，类破坏煤，类破坏煤等四类，本区域的瓦斯地质非常复杂。在开采前期，1号煤层在掘进工作中，运用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯来充当防突保护区域。随着开采技术工艺的不断优化和煤矿开采安全管理制度的完善，煤矿企业对防突工作进行了重新规范，明确指出如果开采范围f0.3，或者在0.30.5以内，深度超过500m，就不能再使用之前的保护方法。对此，该企业选用了复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术，并开展了一系列安全试验活动。为了避免复杂地质条件与瓦斯带来的灾害，减少生命财产损失，某煤矿企业非常注重健全煤矿应急物资保障体系，将复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术应用和应急物资管理工作紧密结合，使煤矿开采更加安全。某煤矿企业准备的应急物资有大类、中类与小类之分。其大类是指应急保障类别，主要分为三大类：其一，现场管理与保障；其二，生命救援与生活救助；其三，工程抢险与专业处置。中类是对现场任务类型的区分，也是对大类的细分，例如现场管理与保障这一大类主要分为现场监测物资、现场安全物资、应急通信与指挥物资、紧急运输保障、能源动力保障。生命救援与生活救助按照种类分为人员安全防护、生命搜索与营救、紧急医疗救护、人员庇护、饮食保障。工程抢险与专业处置按照种类可分为交通与岩土工程抢修、电力工程抢修、通信工程抢修、污染清理、防汛抗旱、其他专业处置等。小类则是对中类的再次细分，例如现场监测物资可分为气象监测物资、地震监测物资、地质灾害监测物资、水文监测物资、环境监测物资、疫病监测物资、观察测量物资等，各小类物资设备有不同的名称。其中，气象监测物资主要包括气象移动观测设备、气象雷达、自动气象站和气象探空仪器等。二、复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术试验在开展复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术试验的过程中，某煤矿企业于2020年指定了12101运输巷、12101切眼、11106进风巷和1-2采区输送机巷。12101运输巷的长度是828.5m，在开采过程中，本企业选用了沿空掘巷模式实施掘进，12101运输巷和11203采空区间的净煤柱只有6m。在开展掘进作业之前，煤矿企业对12101运输巷的瓦斯残余含量进行了测定，预算了瓦斯等值宽度，在12101运输巷的前进方向左边16m范围内，全面消除了危险因素，在本范围内，能够安全开展掘进工作。为了提高12101运输巷的卸压和防突质量，煤矿企业通过试验检测了本区域的方案效果，每循环60m，会从三个钻孔里获取五个煤样，用这些煤样来检测煤层中残余的瓦斯含量。试验结果表明在沿空绝巷的过程中，卸压区的煤体会受到破坏，进而导致地应力变小，本区域的煤层透气复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术胡安全徐福强李凤驰枣庄矿业集团高庄煤业有限公司【摘要】在复杂地质，开展煤炭开采工作，必然要克服诸多困难。某煤矿区域1号煤层处于地质复杂区，瓦斯浓度高，没有天然保护层。对此，煤矿企业将2号煤层作为保护层，在1号煤层开采工作中，注重发挥半煤岩巷掘进防突技术的作用，以此维护煤炭资源开采工作的安全进展。基于此，举例分析复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术，希望能为煤矿安全开采工作提供借鉴。【关键词】复杂地质条件；半煤岩巷；掘进防突技术；薄煤层【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2023.17.02884技术应用与研究性会因此增加，有大量的瓦斯能得以释放，进而起到防突化险的作用。12101运输巷会运用11203采空区间来排放瓦斯，加强防突效果，确保掘进作业安全开展。12101切眼位于工作面上，长为150m，宽度是6m，工作面的埋深是391572m。本企业在开采过程中，将长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯充当防突区域，钻进了5个主孔和5个分支孔，主孔和分支孔之间有4m的距离，钻孔的深度在145166m之间。在煤矿开采期间，因为区域煤层非常松软，钻孔很难在此进行长距离钻进，所以本企业制订了以下方案。在煤层顶板全岩中完成主孔钻进工作，为每一个主孔设置3到6个分支孔，对煤体进行全面覆盖，落实“多冲孔，慢钻进”方针，在本次采煤过程中，总进尺为2357m，一共有5个主孔，22个分支孔，煤孔的进尺为1173m，最终的煤孔率是49.8%。某煤矿企业用41天时间完成了切眼长钻孔作业，在封孔连轴63天以后，钻孔区域的瓦斯抽取量是28260m3，平均浓度是11.3%，平均流量为0.34m3/t，在本区域，残余瓦斯含量最多是7.2m3/t。11106进风巷的长度是1320m，其工作面上有一个压裂孔，其主孔深度是500m，施工层位是1号煤层，该煤层的地质结构是顶砂岩层，主孔层位和1号煤层相距5m。在钻孔结构设计过程中，某煤矿企业选用了二开设计方案，其中，一开钻孔的深度是60m，直径为193m，在成孔后，技术人员会启用127mm套管。二开钻孔的直径是98mm，技术人员设置了两个分支孔，其中一个分支点是120m，另一个分支点是300m，分支孔的深度是80m，主孔施工完毕后，技术人员会对煤层进行下扎和揭露处理，做好钻孔轨迹和距离审核工作，确保岩石碎屑能够沉入孔底。如果在钻井过程中采用了钻探技术，理应优先选择新型液压动力钻探设备，不可继续采用传统电力动力钻探设备。在正式运行新型液压动力钻探设备之前，必须对设备性能进行全面调试，确保设备性能的正常发挥。此外，要严加防范地下水涌流、瓦斯浓度过高，避免发生瓦斯爆炸、火灾、地下水漫灌、泄漏等事故。图1压裂段设计结构图为了确保水力压裂质量，某煤矿企业施工技术人员采用的封孔方式为套管封隔器，并采用了拖动式分段水力压裂技术方案，首先，施工技术人员会将水平压裂段之间的距离控制在2030m，将封隔器的卡距设置为47m，图1就是压裂段设计结构图。施工技术人员将压裂段的数量控制在8段以上，同时会根据实际情况进行适当调整，用清水充当水力压裂液。其次，在完成整体压裂作业之后，施工技术人员会展开封孔处理，封孔为55m。再次，会实施联管抽采作业，将自动计量仪器正确安装于抽放主管上，然后，实施人工监测，对抽采瓦斯的浓度、温度、纯量、和负压进行严格测试。最终的数据报告显示压裂段施工环节的主孔是496m，两个分支孔是166m，一共为662m。压裂段一共有9段，注水量累计到了767m3。在完成压裂段施工后，某煤矿企业运用钻孔瞬变电磁试验对进风巷煤层顶板的压裂孔水力压裂钻孔斜深方向进行了探测，探测区段在60168m，图2是压裂后异常分布图。图2压裂后异常分布图如图2所示，该区域分布有大量的异常带状，多处是从孔臂发育到了35m以外，压裂的影响半径超过了35m，存在明显的裂缝。本次试验在孔口55m处没有实施压裂，将钻孔两侧25m的区域范围划入到了瓦斯抽采范围，控制面积为24550m3，区域煤层厚度是1m，起初，瓦斯的含量是2.48m3/t，在控制区域，瓦斯的储量多达41.43104m3，经过处理后，瓦斯的含量减少为6m3/t，在试验区域，施工技术人员所抽采的瓦斯最少为21.5104m3。某煤矿企业安装了矿井自动监测装备，监测结果显示，所抽采的钻孔瓦斯浓度在19.6%51.6%之间，瓦斯的平均浓度是26.9%，其平均抽采纯量约为0.7m3/min。某煤矿企业在三个月内持续开展试验活动，在水力压裂钻孔控制范围内，所抽采的瓦斯多达29.4104m3，符合防突安全标准要求，有助于提升煤矿开采安全质量。三、复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术的优点与不足在复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术应用中，某煤矿企业采用了以下工艺，各种工艺均有优点，也有不85技术应用与研究足，其优缺点如下：第一，巷道瓦斯预排等值宽度处理工艺。运用该工艺可以确保掘进作业安全开展，其优点是能够减少区域防突措施工程量，循环周期比较短；不足之处在于巷道瓦斯预排需要的时间比较多，具备巷道瓦斯预排等值宽度的巷道偏少。第二，定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯处理工艺。运用该工艺能够实现安全掘进，技术优点是设置的分支孔可以全面覆盖目标区域煤层，做好远距离预抽工作；缺点是钻孔成本比较高、施工难度大、周期长，对抽采负压的要求很高。第三，长钻孔分段水力压裂预抽煤巷条带煤层瓦斯处理工艺。该工艺可以确保抽采预评判达到标准要求，钻孔工程量比较少，同时，能够做好远距离预抽作业，不足之处是在完成水力压裂作业后，钻孔的周围围岩会支离破碎，容易造成塌孔现象，极有可能致使局部应力集中，无法及时、有效解决封孔段防突措施。第四，穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯工艺。该工艺有助于实现安全掘进，确保穿层钻孔预抽防突质量，维护煤矿开采作业的有序性与可靠性，钻孔工艺流程简单，施工效率高，成本比较低，不足之处是很难处理好下向的钻孔积水问题，钻孔数量比较多。弥补复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术的不足，不仅要重视优化技术工艺，而且要注重加强煤矿应急物资保障与可靠性。首先，要健全应急物资保障体系，完善应急物资调度管理制度，确保煤矿应急救援工作顺利开展，尽最大努力将损失降到最小。某煤矿企业为了完善应急物资保障体系，确保应急物资调用可靠，制定了完善的应急物资保障制度，该企业明确指出应急物资管理原则为定额储备、专业管理、定期更新、专物专用、保障急需。与此同时，要融合智能化技术与物联网技术，构建应急物资保障管理平台与调度系统，结合实际需求，及时调度和配送应急物资。其次，在应急物资调拨工作中，要注意量化工作流程，确保应急物资能及时送达。再次，确保煤矿应急物资数量充足、质量优，便于及时配送，必须重视全面做好煤矿应急物资仓储安全管理工作，建立封闭式自动化仓库，在应急物资入库与出库前，严格做好相关登记工作。某煤矿企业为此建立了应急物资台账，准确记入所有物资的名称、型号、种类、入库日期、具体存放点、物资数量、技术参数、出库使用日期等。同时，全面加强物资防潮、防火、防水、防盗、防碰撞、防掉落等安全管理工作，确保应急物资能发挥自身性能，弥补复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术的缺陷，提高煤矿安全开采质量和效率。四、结语综上所述，实现煤矿安全开采，需要充分发挥复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术的作用，开展一系列安全试验活动。为了避免复杂地质条件与瓦斯带来的灾害，减少生命财产损失，首先要合理设计试验方案，做好各项试验工作。与此同时，要注重健全煤矿应急物资保障体系，将复杂地质条件半煤岩巷掘进防突技术应用和应急物资管理工作紧密结合，从而使煤矿开采更加安全。参考文献：1何玢洁，刘飞.定向钻孔预抽突出煤层煤巷条带瓦斯技术研究J.中国矿业，2022(01):121-125.2胡杰，冯康武，孙臣，陈渝.近距离薄煤层群上保护层开采邻近层卸压瓦斯抽采模式探究J.中国安全生产科学技术，2021(11):65-71.3牟全斌，闫志铭，张俭.煤矿井下定向长钻孔水力压裂瓦斯高效抽采技术J.煤炭科学技术，2020(07):296-303.4冉永进.突出煤层巷道掘进期间快速消突技术实践J.煤矿爆破，2019(03):8-1023.5崔国宏.煤与瓦斯突出煤层防突技术研究及应用J.煤，2019(01):15-17.作者简介：胡安全（1980），男，汉族，山东枣庄人，本科，助理工程师，研究方向：矿山管理；徐福强（1990），男，汉族，山东济宁汶上人，本科，助理工程师，研究方向：矿山管理；李凤驰（1985），男，汉族，山东枣庄人，本科，助理工程师，研究方向：矿山管理。