超前钻孔掩护高瓦斯厚煤层巷道快速掘进技术的应用
摘要: 本文介绍了掘进面超前探测、巷帮挂耳、双巷交替掩护等超前钻孔施工的综合技术措施，将其与传统掘进面单一的迎头钻孔抽放措施进行分析比较，并结合****矿煤层瓦斯地质条件，制定了高瓦斯厚煤层掘进巷道瓦斯综合治理措施，使巷道掘进速度得到显著提升，有效缓解了矿井采掘接替紧张的局面。
关键词：高瓦斯厚煤层；超前钻孔；快速掘进；瓦斯治理
****矿1966年建成投产，矿井核定生产能力为205万吨/年。矿井主采山西组二1煤，煤层倾角15°，煤层平均煤厚7m，瓦斯含量高，以31051工作面为例，采用传统单一的掘进面迎头钻孔抽放措施后，巷道瓦斯涌出量仍然较大，巷道掘进速度慢，掘进效率低，进而造成矿井采掘衔接紧张，严重制约了矿井的安全高效生产。为解决这一问题，****矿坚持“应抽尽抽、以抽保采”，采用多种超前钻孔综合抽放技术措施，实现了区域与局部瓦斯治理相结合，对抽放效果进行效果评价，为巷道掘进作业创造了良好的安全条件。
1 理论依据
瓦斯治理效果一直是制约高瓦斯矿井巷道掘进速度的关键因素之一[1]。在煤巷掘进工作面前方存在3个应力集中带：卸压带、应力集中带和原始应力带[2] ,超前钻孔措施是向工作面方向施工一定数量和深度的钻孔，穿过应力集中带，人为的延伸卸压带氛围，使在钻孔控制范围煤体的瓦斯和应力得到释放缓解，通过瓦斯抽放，将煤层内富集的大量瓦斯抽出，有效降低煤层瓦斯含量，使掘进作业始终处在瓦斯抽放覆盖的区域内，从根本上减少巷道掘进期间煤壁瓦斯涌出量，实现掩护巷道快速掘进的目的。
2 超前钻孔的设计
2.1工作面迎头超前钻孔
31051掘进工作面迎头采取区域探测措施，探清掘进范围内煤层地质构造及瓦斯赋存情况；钻机型号为ZY-4000/6000履带式全液压钻机，压风排粉，钻孔直径94mm，采用矿用合成树脂封孔；钻孔终孔控制控制巷道轮廓线外两帮至少各15m范围内的煤层，上下控制全煤厚；掘进时保持不得小于20m的措施超前距。
图1 迎头超前钻孔布置示意图
控制巷道轮廓线外15米超前钻孔允许掘进距离≥40米超前距≥20米
2.2 巷帮钻场钻孔设计
沿31051掘进工作面两每隔一定距离布置抽采钻场，钻场深4米，两帮钻场交替布置
[3]；在钻场内布置超前抽放钻孔，控制掘进方向巷帮煤层；采用
ZY-3200/1200型全液压
钻机施工，压风排粉，钻孔终孔113mm,采用“两堵一注”方式封孔。
图2巷帮钻场内超前钻孔布置示意图如下：
超前钻孔钻场钻场钻场间距50-80米控制巷道轮廓线外15米允许掘进距离≥40米超前距≥20米超前钻孔巷道钻场3.5m4m
2.2 双巷掘进超前掩护钻孔设计
双巷掘进超前掩护技术是在巷帮钻孔抽放技术基础上，综合起来加以运用的实践方法
[4]。采用超前掩护钻孔掘进时，实现了双巷交替掩护，超前预抽临近工作面煤层瓦斯的作
用，在一定程度上增大了巷道预抽区域，始终保持掘进面在有效钻孔控制范围内掘进，进一步提高了掘进工作面的瓦斯治理效果。
在巷帮钻孔内沿煤层倾向施工超前钻孔，以回风巷为例，向上施工钻孔超前探测上临近工作面煤层，控制上临近工作面70米范围；向下施工长钻孔掩护运输巷掘进，控制运输巷掘进范围外帮10-15米范围。
钻孔采用ZY-3200/1200型全液压钻机施工，压风排粉，钻孔终孔113mm,采用“两堵一注”方式封孔，掩护掘进超前钻孔控制有效范围至少超前被掩护巷道20m[5]，20m以
内钻孔进行停抽处理。
图3双巷掘进超前掩护钻孔布置示意图
双巷掘进超前掩护钻孔布置示意图服务于临近工作面超前钻孔31051回风巷31051运输巷掩护运输巷掘进超前钻孔
2.3、顺层预抽瓦斯钻孔设计
沿回风巷、运输巷巷帮每2.5m分别布置高、中、低一组抽放钻孔，钻孔呈“五花眼”布置，采用ZY-4000/6000履带式全液压钻机施工，压风排粉，终孔孔径Φ113mm；回风巷钻孔坡度：-6°、-12°、-17°，孔深：75m。运输巷钻孔坡度：+26°、+21°、+16°，孔深：78m，上下钻孔交叉不少于10m。
图4顺层超前钻孔布置示意图如下：
回风巷运输巷3m
图5超前钻孔综合布置示意图：
超前钻孔综合布置示意图服务于临近工作面超前钻孔31051回风巷双巷掘进超前掩护钻孔31051运输巷顺层预抽瓦斯钻孔挂耳钻场钻孔掘进面区域探测钻孔
3 措施效果检验
为检验超前钻孔措施效果，确保巷道掘进期间安全，在钻孔施工结束后，测试现场解吸瓦斯量及煤层瓦斯含量等参数，对超前探测及抽放效果进行检验。
校检孔应避开超前钻孔，采用三孔三点布置，一个指标测试点位于工作面前方20-30m，一个指标测试点位于工作面前方35-45m，一个指标测试点位于距钻孔前方预抽区域边缘线5m以内，两侧指标测试点距钻孔两侧控制边缘不大于5m。
当任何一个指标大于或等于规定临界值都必须采取加密钻孔措施或强化抽采，并重新进行效果检验[6]。
4 应用效果
截至 2014年 9月，31051掘进工作面共安全掘进1300m（含运输巷、回风巷），施工钻孔累计10万余米，巷帮钻场内平均单孔抽放浓度达到为20%-42%，最高可达到50%；对比巷道在钻孔影响范围内抽放前后回风流瓦斯浓度变化，抽放后钻场口处风流瓦斯浓度要比抽放前平均下降0.2%左右；期间共进行了累计32次措施效果检验,全部预测为无突出危险；掘进过程中未发生瓦斯超限和煤与瓦斯突出事故，巷道单月掘进进尺也有由50-60米提高到80-100米。
5 结论
合理的钻孔设计是实施综合防突措施的基础工作[4]。应用实践证明，****矿探索的适合该矿的超前钻孔掩护掘进工作面的综合措施，通过超前探测、预抽作用，能有效截流巷道两侧及邻近区域煤层瓦斯向巷道方向运移和涌出，大大降低巷道瓦斯涌出量，在31051掘进工作面中的应用取得了较好的安全效果和经济效益，有效的缓解了矿井采掘接替紧张的局面。
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。
[2] 邹山旺等. 三软低透气性煤层超前钻孔有效抽放半径的测定[J]，煤矿安全，2006（7）。
[3] 姜铁明. 晋城西部矿井瓦斯抽放模式研究 [J ]. 煤炭科学技术 , 2006 (2)
[4]：张铁岗，矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001
[5]：“三软”突出煤层顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突技术标准，企业标准，2009（10）。
[6]：生产监督管理总局，防治煤与瓦斯突出规定，2009。