回采工作面集中应力区下突出煤层掘进的局部防突措施.doc

回采工作面集中应力区下突出煤层掘进的局部防突措施 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途回采工作面集中应力区下突出煤层掘进的局部防突措施鸡西矿业集团公司2004年9月3日在回采工作面下相向掘进，这是煤矿生产中经常遇到的情况，采取何种措施，在瓦斯压力大，突出频率高的煤层掘进，以渡过由于 回采面而形成的集中压力区域。这对于预防煤与瓦斯突出，保证煤矿安全生产,具有很重要的意义。一、概况滴道煤矿立井二采区位于矿区主背斜的南冀,东起一、二采采境线，西至二、三采采境线，煤层系城子河煤系。有可采煤层12、17、18层,薄煤层，煤层倾角2124度,12与17层层间距74m,12与18层层间距80m,自一160米发生第一次突出以来 ,至今已发生煤与瓦斯突出107次，其中，12层突出25次，占二采区突出总数107次的23%，18层突出82次,占突出总数的77%.该采区预防煤与瓦斯突出的主要措施，第一种，以开采保护层的区域性措施，首先开采18层做为上保护层,然后开采17层，最后开采突出严重的12层。现在二采右四片18层已回采完毕，右三片17层正在回采。第二种是局部性措施，1、邻近层抽放钻措施，沿13层掘送瓦斯苍,布置钻场,向12层打卸放钻，（12层与13层间距13m），对接抽放总管路,现已对接完右四片13层瓦斯巷各钻场钻孔。2、超前钻措施，掘送12层打超前钻，卸放瓦斯，然后再掘进.二、煤与瓦斯突出原因分析随着开采煤层的延深,地应力瓦斯压力的增加,煤与瓦斯突出的强度和频率也随之增大。立井二采区在掘进一350右四片12层大巷时发生突出9次，总突出强度646T，突出最大强度154T，平均强度71.8T/次，尤其最后的二次突出.（如表）突出地点预防措施作业工具突出时间分选性突出距离突出煤量突出瓦斯量15#前50。5m超前钻放炮9月7日有8m71T1100m315#前59m超前钻放炮9月21日有7.2m28T900m3当时打超前钻的位置为15点前45.5m，打钻孔数7个,平均孔深25m，允许掘进20m，实际掘进5m，至15#点前50。5m处发生突出,第一次突出已将其潜能以突出动力显现，该区段内,潜能大大降低，为什么在短短的8。5m之间又发生第二次突出呢?经公司、矿有关专业人员调查,核实，分析该区段的突出有以下几个方面的因素；1、 煤层瓦斯含量高,据我矿测试，该煤层瓦斯含量较高,吨煤瓦斯含量为16。21m3 。2、 煤层瓦斯压力大，在该巷见煤点处，我们测得该巷的瓦斯压力为5。8MPa，为我矿煤层瓦斯压力测压史上,得到的最大瓦斯压力。3、 煤层突出指标参数值偏大，对该巷15#点前1059m区域的测试其瓦斯放散初速度P=1014,煤的坚固性系数f=0.230。25，综合指标参数KB=4356，都处于严重突出倾向区域。煤的放散瓦斯速度快，软分层煤又厚达0.650。9m,煤的机械强度小。4、 掘进头，应力集中，在15#点前59m处，与上部层正在回采的右三片17层回采面相距60m,采掘相向.该回采面所造成的超前压与右四片12层掘进头所造成的应力叠加,应力集中，这是造成此二次突出的外部主要因素。回采工作面至采空区的保护范围应力平衡区,这一区域为回采工作面的过渡带，据我矿对回采工作面顶板测压观测.由回采工作面至采空区的压力显现沿走向可达60m,加超前压影响的60m.这样由工作面造成的集中应力影响，沿走向可达120m，波及的范围大.且回采工作面是移动的，其造成的应力也不稳定，它与回采面的回采速度，采高，顶板冒落情况以及周期压，回采步距等有关。因此,由回采面造成的集中应力，这一区域的压力对下部右四片12层的掘进构成很大的危协,因此,要保证右四片12层的掘进，对该区段必须加强煤与瓦斯突出措施。三、预防煤与瓦斯突出局部性措施1、 超前钻措施自该大巷掘送以来，就采取了超前钻措施，孔数由过去的4个孔增加到现在的7个钻孔，孔径130,打钻使用NBB250/60型千米泵，能产生6.0MPa的动压水冲刷钻屑，每次打钻，首先开中心方位孔，然后依次开下帮孔,最后依次开上帮孔。一般情况下，开第一孔时，钻孔喷孔比较严重，出现顶、夹、埋钻等现象,钻孔比较大、冲刷出的钻屑比较多，每次开孔都必须打在软分层煤上,再开第二个孔时次之，最后开的孔时就比较容易钻进了，每次超前钻一般可排出煤粉12-15T,最多时可达25T。打完钻后，利用12个小班,撤钻,装运煤粉，以便有充足的时间释放瓦斯。因此，此措施必须坚持，直至送完此大巷.2、多排钻孔卸放措施在右四片12层大巷15点前59米处，沿水平方向,向12层顶板送掘一条斜川巷道，布置瓦斯钻场,向预掘12层打排放钻，卸放预掘12层巷道的瓦斯压力，释放出瓦斯，以保证12层大巷的正常掘进，此巷巷道共掘送了24M,布置钻场6个，如图：每个钻场布置钻孔2个，上孔为仰角孔，打钻打在顶掘12层巷道上帮3M处，下孔为负角孔，打钻打在顶掘12层巷道下帮2M处，各孔都穿过了12层。打在12层的底板上，由12月4日开钻，至12月13日打完12个孔，共打钻244.05米。钻场、钻孔、打钻参数值孔号1#钻场2#3#45#61方位310310310310310310倾角171110953孔深（M）23。621。6525.128。332。3536。852#方位310310310310310310倾角94-333-3孔深1219.814。9517.122。826。43、高压注水措施在打完排放钻后，于12月16日17日，经2天时间将各孔进行了高压注水，注水以先注大巷以里钻场的钻孔,后注外;以先注负角孔,后注仰角孔为顺序，注水压力保持在912MPa,各孔注水量0。5-2。0m3，注水时间8-60min，注水效果以邻近钻场或钻孔，以及本钻场的钻孔返水为标准，经高压注水可以起到。（1）增加钻孔裂隙和卸放半径，增大了煤体的释放面积,可以最大限度地释放预掘12层巷道煤体的瓦斯，卸放瓦斯压力。（2）可以增大预掘12层的煤层含水量，降低巷道的粉尘。含水量的增加,可以起到“挤”瓦斯的作用，减少煤层的吨煤含量。同时,也抑制了煤体的放散作用,起到预防煤与瓦斯突出的作用。（3）高压注水，破碎了煤体，减少了预掘12层煤体的机械强度，煤体由脆性向塑性发展过渡。增大了煤的暴露面，起到释放大量瓦斯的作用.四、效果检验1、打卸放钻可以卸放预掘12层煤体的瓦斯压力和释放大量的瓦斯。在对12个钻孔，打钻过程中,各钻场的各孔都发生不同程度的喷孔，顶、夹、埋钻等现象，特别是从3钻场至6钻场，喷孔更为严重，发生顶钻，钻不进去的现象，后经打完其余孔后，再将原来未打到位的钻孔延深，才打到12层的底板，实际喷孔的过程也就是释放煤层瓦斯压力，释放大量瓦斯的过程.2、高压注水可以起到释放瓦斯，降低粉尘的双重作用。（1)从对本钻场,钻孔注水,观察邻近层钻场的湿度变化情况,普遍注水过程中，邻近的钻场钻孔，温度上升2摄氏度左右，经注完水后，温度又趋于注水前的温度。(2)从对本钻场孔注水，观察邻近钻场孔的瓦斯浓度变化情况，普遍注水过程中，邻近钻场孔的瓦斯浓度有所上升，最高的变化是注水4钻场1孔时，观察3#钻场孔，3#钻场的1孔瓦斯浓度由原先的30%上升到85%.另外注水后观察到,属负角孔的钻孔，由于水面，都出现大量的气泡.其实，也是释放大量瓦斯的过程。可见，本钻场孔注水无论是本钻场孔，还是邻近层钻场孔都大量地释放了瓦斯。(3）从对本钻场注水，观察邻近钻场的瓦斯流速变化情况，普遍注水过程中，邻近钻场孔的瓦斯流速发生增大现象,流速大小不一，平均增大0。05m/s。可见，流速的增加，排放的瓦斯量也就增加.(4）从对左四片13层瓦斯抽放总浓度来看，注水前CH4=1。5%,注水后CH4=22（负压20mmHg，流速S=1012m/s)，就是说，瓦斯抽放的流量由0。0023m3/min上升到0。0034m3/min,增大了0。0011m3/min。打钻，高压注水引起钻场巷道的瓦斯浓度变化。自斜川钻场巷道掘送以来,该巷道内无瓦斯，经打钻，该巷道浓度呈曲线波浪起伏,最大一次浓度达3.6%，而且打完钻后,检查各孔内浓度为20-100，巷道流动瓦斯浓度为0.2，又经过高压注水。注水时，巷道回风瓦斯浓度又有所增大为0.3,经注完水后,回风瓦斯浓度又趋于平衡，保持在0。2左右.4、打钻、注水区域内，四片12层大巷掘进再未发生突出,从斜川钻场打卸放钻,高压注水后，二采右四片12层大巷再掘进，仍采取超前钻措施,而且打钻的孔数仍保持在7个，比较顺利地掘过了由于回采工作面而产生的过渡应力带,在应力过渡带只发生两次瓦斯喷出,第一次喷出的位置在15点前82。8米（与右三片17层回采工作面相距14M）喷出瓦斯量760m3，第二次喷出的位置在15#点前106.5m（与三片17层走向相距51m）喷出瓦斯量720m3，二次的喷出情况基本上是一样的，当时炮后,瓦检员检查回风口以里10m处的瓦斯浓度为45%，认为突出了，将巷道的风机停了，工作面以及大巷的风电联锁机电设备的电也停了。待矿有关人员排完瓦斯后，到工作面观察,只是正常放炮后所破碎的煤，无突出孔洞，分选性等任何突出迹象，经鉴定，是二次瓦斯喷出，其主要原因是地应力，瓦斯存在，瓦斯压力减少，煤体所具有的潜能减小，已被卸放钻高压注水，超前钻等局部性防突措施释放，已达不到突出的能量，因而只能造成喷出瓦斯情况。五、结束语通过以上所观察到的宏观现象,此局部性的防突措施，布置钻场，打卸放钻，高压注水措施，再结合本层掘进12层时所采用的超前钻，对于解决掘进突出层，由于上部回采面所形成的超前应力及其过渡带在过渡带已起到卸放瓦斯压力，释放大量的瓦斯，达到预防煤与瓦斯突出的目的，在理论和实践上是可行的。有待于今后，在采掘相向情况下,在采煤工作面采到之前,采取寻求更恰当的防突措施，力图上部回采工作面的回采不影响下部层的掘进,加速煤炭事业的发展.12