苏东忠 王亚 刘忠
皖北煤电集团公司朱集西分公司 安徽 淮南 232098
摘要：在现场实践基础上，分析研究孟庄煤矿封闭构造区域煤与瓦斯突出规律，采用一系列有效防突措施，成功地防治了煤与瓦斯突出，取得了显著效果，为突出矿井煤与瓦斯突出的治理提供借鉴。
关键词：煤与瓦斯突出规律；研究；对策
一、孟庄煤矿煤与瓦斯突出规律
皖北煤电集团公司孟庄煤矿为高突矿井，可采煤层为二叠纪上石盒子组3、4、5煤层，其中3煤层为主采煤层，具有突出危险性。1996年12月27日在三水平二采区Ⅲ316机巷掘进施工中出现煤与瓦斯突出动力现象，随着开采水平的延深，煤与瓦斯突出频率增强，到2004年底，共发生煤与瓦斯突出31次，其中造成瓦斯超限、推倒支架、堵塞巷道而停产的共27次，我们分析这些突出得出孟庄煤矿煤与瓦斯突出具有以下特点：
1、煤与瓦斯突出均发生在掘进工作面；
3-1煤为主采煤层，厚度1.2~4.3m，平均厚度2.4m，含泥岩夹矸厚0.1~0.25m，局部有软分层0~0.5m，煤的坚硬系数较小，透气性差，瓦斯涌出量为15~42m3/t；
2、突出危险性随开采深度的增加而增大，主要表现在突出次数增多，强度增大。对3-1煤层来说，深度-436.407m以下，突出的次数随着深度增加而增大，垂深增加100m，突出次数增加25次；强度随着开采深度增加而增大，突出煤量由最小3t/次，增加到90t/次，瓦斯涌出量由最小20m3增加到6000m3；
3、突出危险性随煤层厚度增加而增大，尤其是软分层增厚；煤体破坏越严重，强度越小，突出危险性也越大；
4、突出多发生在地质构造带
掘进工作面受逆断层影响或煤层变厚而发生次数占到92%，受褶曲构造而引发突出占4%，受火成岩侵蚀而发生突出占33%，所有突出地点都伴有煤层赋存状态改变而发生变化；通过对突出地点断裂构造的研究发现，遇逆断层较易发生突出。
5、巷道贯通应力集中区易发生煤与瓦斯突出
在施工Ⅳ312风巷与切眼贯通、Ⅳ313 2#联络巷与风巷贯通、Ⅳ313风巷与切眼贯通、Ⅳ313上提风巷与切眼贯通等，相距13~21m时均发生突出，其中Ⅳ313上提风巷与切眼贯通突出煤量90t，瓦斯涌出量6000m3,总回风巷瓦斯浓度达到9.5%，持续近16个小时。
6、上山施工作业突出危险性较大
除自然因素外，对突出来说，采掘作业是一个诱导因素，但上山施工远比平巷及下山施工导致突出威胁要大的多，我们在巷道施工过程中，巷道坡度大于8º上坡施工的，发生煤与瓦斯突出次数占到44%。
7、发生突出的煤层顶底板多为泥岩、细粉砂岩，页岩等透气性较差的岩层，该类岩石为瓦斯的封闭及赋存提供了较好的条件。
二、 煤与瓦斯突出球壳失稳机理
煤与瓦斯突出球壳失稳机理：每一个煤体质点在突出过程中共经历了6个不同的变化过程，这就是应力集中过程；地应力破坏过程；瓦斯撕裂裂纹过程；煤壳失稳抛出过程；煤体搬运过程和静止解吸过程，由此认识到突出过程的实质是地应力首先破坏煤体，在煤体内产生“I”型裂纹，煤体内的瓦斯向这个“I”型裂纹释放，致使“I”型裂纹扩展，形成一个个球盖状的煤壳，然后这些球盖状的煤壳又在瓦斯压力的作用下抛出，推动地应力移向煤体深部，继续破坏煤体，形成连续的突出现象。Ⅳ1采区处在逆断层DF1、NF3、施庄向斜挤压形成的封闭性构造带内，残余应力集中煤体原生状态受到破坏，次生断层发育，有充分的“裂纹”富存可解吸释放高能量的瓦斯，火成岩侵蚀堵塞了瓦斯释放通道，一旦打破了相对的平衡状态，煤体受地应力的破坏后能立刻释放出大量的瓦斯，使煤体内的裂隙扩展沟通并使之形成煤壳失稳抛出。在煤与瓦斯突出的过程中，地应力的作用仅是破坏煤体，而煤体的破碎又是发生突出的必要条件。
三、煤与瓦斯突出的治理
依据煤与瓦斯突出球壳失稳理论通过增加巷道中的大气压，阻碍煤体裂纹扩展和形成的球形煤壳向外抛，可使突出停止或不发生。这种增压（爆破）破煤，为采掘现场快速、安全地通过突出煤层提供了一条新的技术途径。我们实际施工中也正是通过远距离爆破抑制了煤与瓦斯突出，避免了对职工人身的伤害。
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1、实施“四位一体”防突措施
每天进行突出危险性预测并下达进尺通知单，指导施工；经预测如具有突出危险性，则必须采取防突措施，无突出危险时，施工超前探放孔。孔径为91mm使用轻便型防突钻机施工，“一防两掘”循环作业，超前钻孔尽量布置在软分层中，探孔超前掘进距离大于或等于5m；
2、与科研院所合作确定我矿防突预测预报的敏感指标及临界值。经现场测定采用钻屑解吸指标K1值和钻屑量S来检验防突措施是适当的。当措施无效时，无论措施孔还有多少超前距，都必须采取防突补充措施，直到效检有效后，方可采取远距离爆破、安设正反向风门、完善压风自救装备、配带隔离式自救器等安全防护措施掘进。
3、 掘进工作面双局扇供风
在研究煤与瓦斯突出规律基础上，对Ⅲ315机巷，Ⅳ-1回风下山，Ⅳ312、Ⅳ313掘进工作面掘进采用“双局扇、双电源、双风筒”供风，安装同等型号组合正交型大功率、高效节能轴流通风机，一路局扇风筒出口距迎头不超过5m，以保证迎头供风量，另一路风口距迎头15~20m，对打钻释放的瓦斯或爆破后释放的瓦斯及炮烟，进行二次稀释，降低后路瓦斯超限，整个掘进巷道内瓦斯浓度保证均不超过0.8%。
4、瓦斯抽放技术的应用
我们在Ⅳ313掘进工作面安装了瓦斯抽排系统，采用顺层交错耳巷抽放掘进迎头瓦斯实现先抽后掘、边抽边掘。“先抽后掘”的瓦斯治理方法，以释放瓦斯的压力，减少突出的发生；由井下移动瓦斯泵站抽放发展到地面瓦斯泵集中抽放；同时积极改进钻孔参数并提高抽放负压以提高瓦斯抽放率，取得了较好的效果。
5、采空区瓦斯抽放保证沿空掘进
Ⅲ315上工作面掘进时，为防止煤与瓦斯突出，迎头采用长孔，顺煤层抽放瓦斯，兼作超前卸压孔，沿煤层走向每隔10m布置一组抽放钻孔3个，抽放采空区瓦斯，平面间距控制在10m范围内，终孔煤层顶板上10m范围内，孔深与采空区打透进入冒落区。
6、 综合防治
从设计就树立“先抽后掘”防治煤与瓦斯突出理念，加强职工教育，强化全员防突意识，从源头上为突出综合治理打好基础。建立科学的瓦斯测控和煤与瓦斯突出预测系统。我矿煤与瓦斯突出研究治理工作得到集团公司、矿领导充分重视，不断加大防治煤与瓦斯突出的投入，更新了瓦斯监控系统，实行局、省联网，与科研院校合作进行煤与瓦斯突出、瓦斯突出地质的研究。
7、几点经验
（1）施工超前卸压孔接近构造带时，瓦斯均表现异常，打钻时应做好详细记录，将信息及时返馈到生产班以便采取措施指导安全生产；
（2）煤层层理紊乱，局部构造变化，出现软分层，且厚度≥ 0.3~0.4m时预示可能有突出危险；
（3）打超前钻孔时出现喷孔，顶钻、瓦斯涌出量增大，有强烈的煤炮声，预示有突出的危险；
（4）打检验孔用钻屑量评价防突效果时，Smax取5kg/m,如果检验孔的钻屑量随深度的增加而增加，且超过5 kg/m时，则认为防突措施效果不良，应及时采取防突补充措施直到检验有效；
（5）钻屑解析指标K1值对于以压出类型的突出相对不敏感，而S值相对敏感；我矿的突出类型以压出型为主，倾出类型次之；
（6）火成岩侵蚀区，接近突出点，煤炮声特别剧烈；
（7）煤巷贯通相距30~60m前，施工卸压孔打通释放瓦斯，卸除应力集中可以有效防止贯通发生煤与瓦斯突出。
概而言之，我矿煤与瓦斯突出的条件为：瓦斯压力P≥0.8mpa，瓦斯放散初速度△P≥10，煤的坚固性系数f≤0.22，软分层厚度hr≥0.2m~0.4m，Smax=5kg/m，K1=0.5。
四、效果结论
通过对煤与瓦斯突出规律探讨，针对性地采取防突措施，有效控制了煤与瓦斯突出，保证了掘进作业施工安全。
参考文献
[1]蒋承林.俞启香.煤与瓦斯突出球壳失稳机理及防治技术.徐州:中国矿业大学出版社,1998.
[2]陈伟.煤与瓦斯突出危险性预测及防治技术.徐州:中国矿业大学出版社,2003.
作者简介
苏东忠（1973-）、男、安徽凤台、2007年毕业于中国矿业大学（徐州）“安全工程”专业，助理工程师，现任皖北煤电集团公司朱集西分公司通防部技术首席。
论文作者:苏东忠,王亚,刘忠
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/18
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