對防突安全屏障的思考

1 問題的提出　　近年來，礦井深部水平突出煤層中施工防突鑽孔過程中，多次發生在 安全屏障內打孔突出的 02manbetx.com ，根據對突出 02manbetx.com 的調查，均沒有發現明顯違背《防治煤與瓦斯突出細則》的現象，這說明有必要對防突 安全屏障的可靠性進行再思考。　　2 典型屏障突出的 案例　　某礦N2702東回風立眼用天井鑽機施工為φ1m，兩年後用放炮方式將斷麵擴大到φ2m。立眼從上向下擴大到突出危險煤層處，用電煤鑽施工φ42mm預測孔在孔深2m處發生噴孔後，按0.2m的排放半徑在煤層中均勻施工φ42mm排放鑽孔， 設計孔深4m。1998年8月23日當第17個鑽孔施工到2.6m時，發生了346t的突出。該處煤層厚度2.4m，煤層傾角5。。　　某礦3417工作麵開切眼用ZF-100型風動鑽機施工了8個φ80mm、深11m的超前排放鑽孔，因在施工過程中煤層鬆軟、鑽孔垮孔嚴重，孔口處直徑達200～300mm，故改用ZFS-15型風煤鑽施工了13個深度9m的φ42mm排放鑽孔， 2000年8月30日施工第10個φ42mm排放鑽孔到7m時，發生了70t的突出。該處煤層傾角34。，煤層厚度0.74m。突出前已經在 安全屏障內施工了25個鑽孔。　　某礦2006年4月9日E1824二次切割巷在未保護區施工φ87mm排放鑽孔時，發生了490t的突出。根據 02manbetx.com 調查，發生突出之前已經在掘進工作麵施工了33個排放鑽孔、地質孔等。該處煤層厚度1.98m，煤層傾角8°。　　某礦3504E2段運輸巷掘進期間， 措施孔控製巷道輪廓線上部的範圍是2～４m。巷道形成後采用風煤鑽施工φ42mm的真傾斜上向鑽孔， 設計孔深10m，孔間距1.6m，目的是製造采煤工作麵采前本層深鑽孔施工的 安全屏障。2007年7月20日施工φ42mm鑽孔，開孔點在煤層的軟分層中，此處巷道頂板的煤層已經垮落1m左右，鑽進到孔深3.5m左右發生噴孔。從瓦斯監測曲線上看，鑽孔發生噴孔後7min發生了突出，突出煤量343t。該處煤層傾角55。，煤層厚度近1m。　　以上突出 02manbetx.com 都說明，執行 措施孔前，安全屏障的物理機械強度都不足。　　3 對防突安全屏障的思考　　3.1 對防突 措施實質的認識　　采取防突 措施排除原始煤體中部分固體（煤炭）和氣體（瓦斯）物質，促使煤體產生塑性、蠕動變形，從而消除措施控製範圍內煤體的突出潛能，通常采取的措施是鑽孔排放或鑽孔抽放。從這個意義上講，防治突出的措施就是要多打鑽孔。　　相同的機具和工藝，由於煤層賦存條件的不同，鑽孔排出的固體物質數量、鑽孔的有效排放半徑也不同，鑽孔對屏障物理機械強度的影響程度也不同，安全屏障的機械強度與屏障內鑽孔排出的固體物質的數量成反比。從這個意義上講，防治突出又不能打多餘的鑽孔。　　在 設計鑽孔的數量時，通常依據已經考察的鑽孔排（抽）放半徑和需要控製的範圍而確定。在實際工作中，應該掌握每個鑽孔排除固體和氣體物質的數量，並以此修定鑽孔的數量，不宜在煤層中打多餘的鑽孔，以確保安全屏障的可靠性。　　3.2 辨證理解和執行《防治煤與瓦斯突出細則》的相關規定　　《防治煤與瓦斯突出細則》第一版是1988年頒發的，新版《細則》從1995年5月1日開始執行。《細則》是根據12年前開采條件下，對已經獲得素材的歸納。 12年來隨著礦井開采深度的增加，煤層的瓦斯含量、瓦斯壓力和地應力也隨之增加，客觀條件變化而引起突出因素的變化，是12年前修定《細則》時沒有收集到的，所以要辨證理解和執行《細則》。　　3.2.1 如何防止出現《細則》第69條的前置條件？　　《細則》第69條規定，“……在第一次執行上述措施或無措施超前距時，必須采用淺孔排放或其它防治突出措施，在工作麵前方形成5m的執行措施的安全屏障後，方可進入正常防突措施施工，確保執行措施的安全。”　　但是，“采用淺孔排放”後再“進入正常防突措施施工”的過程，必定是在5m屏障內重複打孔，從而降低或破壞了安全屏障的物理機械強度。如果出現第69條的前置條件，應該采取遠距離的措施而不是短兵相接的措施。遠距離的措施主要包括穿層鑽孔抽放、退後掘進工作麵在煤層頂底板岩層開口向屏障施工抽（排）放鑽孔等。　　3.2.2 關於煤巷掘進工作麵防治突出效果檢驗超前距的思考　　《細則》第43條規定，“……當檢驗孔深等於措施孔深時，經檢驗措施有效後，必須留有5m投影孔深的超前距。當檢驗孔深小於措施孔孔深，且兩孔投影孔深的差值不小於3m時，經檢驗措施有效後，可采用2m投影孔深的超前距。”　　這裏有一個概念需要商榷，就是措施孔已經控製的、但還沒有經過檢驗有效的範圍是否已經完全消除了突出危險？第43條的規定中似乎沒有肯定也沒有否定。但是作者認為，凡是沒有經過檢驗證明已經消除突出危險的範圍，都不能認定為是已經消除突出危險的範圍，都不能視為是有效的安全屏障。過去在執行這條規定的過程中，許多礦井已經出現在下輪施工預測（檢驗）孔或措施孔時，鑽孔深度超過2m後就發生超標甚至噴孔的現象，這種情況下就要執行第69條的規定，從而又出現了在屏障內重複打孔的現象。　　所以，無論措施孔的深度是多少，煤巷掘進工作麵防治突出效果檢驗孔的超前距都應不少於5m。　　3. 2.3 措施孔布置層位的思考　　《細則》第70條第3款規定“鑽孔應盡量布置在煤層的軟分層中”。從鑽孔排放效果 03manbetx ，鑽孔布置在軟分層中的排放效果較好，其中的重要原因是軟分層中施工鑽孔排出的固體和氣體物質多。但是在構造煤層的軟分層中施工鑽孔，往往出現屏障內煤體垮塌後無法布孔的現象，由此造成安全屏障的物理機械強度受到破壞甚至沒有安全屏障。　　作者建議，抽放鑽孔應該布置在工作麵的硬分層中，這樣，既可以保護安全屏障的物理及機械強度，也有利於抽放孔的封孔，同時由於鑽孔就不容易塌孔而保持暢通，提高抽放效果。排放鑽孔應該在工作麵的硬分層中開孔，穿過安全屏障後再進入軟分層中施工。　　3. 2.4 措施孔有效超前距的思考　　人們習慣性的思維和《細則》中規定防突掘進工作麵措施孔的有效超前距都是不少於5m。近年來，某些礦井因地質構造帶突出危險性增大、鑽孔施工過程中瓦斯動力現象嚴重等因素，將措施孔的超前距增加到6～8 m，希望以此提高防突的可靠性。　　但是，在地質構造變化帶，措施孔的有效施工深度很難達到 設計的深度，一般都在10 m以下，造成在措施孔超前距範圍內要重複施工3～４輪措施孔，這樣的安全屏障是沒有足夠的機械強度的。　　為了防止在安全屏障內多次重複施工鑽孔，作者建議，防突掘進工作麵措施孔的有效超前距以安全屏障內最多重複2輪措施孔為宜，如果這樣不能保證5 m有效超前距，則應該遠距離采取措施消除掘進工作麵前方的突出危險性。　　3. 2.5 統籌設計上、下階段施工防突措施所需要的安全屏障　　3. 2.5.1石門揭煤措施孔控製的範圍　　如果石門隻是穿過突出危險煤層，則消除突出措施孔控製的範圍可比照《細則》第60條規定執行。　　如果石門揭穿突出危險煤層後，還要沿突出危險煤層掘進煤層巷道，則石門揭煤前消除突出措施孔控製的範圍就應該在《細則》第60條規定的基礎上，增大措施孔的控製範圍。　　增大鑽孔控製範圍應該考慮的因素有，進入煤層後再向左、右、上、下掘進煤層巷道前所需要的安全屏障；石門附近煤層巷道施工本層上、下向措施孔所需要的安全屏障；同時還要考慮放揭煤炮及過煤門放炮過程中對巷道周邊超挖的範圍等。不能隻考慮石門斷麵揭煤當時所需要的安全屏障。　　3. 2.5.2 煤層巷道掘進期間措施孔控製的範圍　　《細則》第70條第4款規定掘進巷道“超前鑽孔的控製範圍，應控製巷道斷麵輪廓線外2～4m（包括巷道斷麵內的煤層）”。這樣執行的後果是，煤層巷道形成後施工上向或下向的煤層抽放鑽孔前的安全屏障也隻有2～4m（沒有考慮煤層巷道特別是傾斜、急傾斜煤層巷道頂部垮落形成的超挖），顯然沒有不少於5 m的執行措施的安全屏障，難以保證施工抽放鑽孔的安全。煤層巷道掘進期間，措施孔控製巷道斷麵輪廓線以外的範圍，要取巷道掘進期間所需要安全屏障、下階段施工煤層抽放孔所需要安全屏障二者中的最大值，所以煤層巷道掘進期間措施孔控製的範圍就不能完全按《細則》第70條第4款執行，要擴大鑽孔控製範圍。　　3. 2.5.3 特殊地點措施孔控製的範圍　　煤層巷道的交叉點、拐彎段掘進期間，要根據巷道角度、斷麵尺寸等，具體設計和施工特殊點的措施孔，防止在這些地點施工過程中出現無安全屏障、安全屏障不足、三角空白帶等現象。　　3.3 穿層鑽孔製造安全屏障　　在防突工程設計和選擇上，應該“先做加法、後做減法”。　　穿層抽放鑽孔有施工安全、多鑽孔、有效控製範圍大、準確探測區域內煤層賦存條件等優點，但有平均單位鑽尺抽放量小、抽放時間長等缺點；煤層鑽孔與穿層鑽孔的優缺點正好相反。　　但是，深部開采的範圍往往是煤層賦存條件差、構造多、構造應力大、地應力大的區域，特別是煤層頂底板起伏、厚度變化、走向和傾向變化，在這種情況下，無論施工本層鑽孔的鑽機能力有多強，鑽孔一旦遇見岩石或強烈瓦斯動力現象，都隻能停止施工，從而無法實現煤層鑽孔有全部控製開采範圍的目的。　　在實際工作中，當發現采用煤層鑽孔無法全部控製開采範圍時，再選擇穿層抽放幾乎是不現實的，因為部署和生產的壓力，逼迫更多地是選擇繼續在煤層空白區采取措施，從而使防突工作走入了在突出危險區域短兵相接的境地。　　所以，應該堅持以穿層抽放為主，以本層抽放為補充；堅持預裂爆破、水力擴孔等增加煤體透氣性的 技術措施，提高穿層抽放的效果。　　3.4 有效支護對安全屏障的作用　　防突區域要保證支護可靠，特別是傾斜、急傾斜煤層，防止安全屏障垮落而誘導突出。　　防止放炮打垮支護或支護不及時而降低或破壞已經形成的安全屏障。　　作者建議，傾角30。及以上的中厚煤層揭煤、傾角40。及以上的薄煤層揭煤都應施工金屬骨架或或灌注固化劑等措施提前固化煤體，揭煤前應優先選擇“錨、網、梁、索”組合支護或發镟支護，嚴防出現放炮打垮支護。　　4 結論　　4.1 在防突工程設計和選擇上，應該“先做加法、後做減法”。 技術措施要堅持“穿層抽放為主、本層抽放為補充”的原則，力爭在突出危險煤層中不留下措施孔控製的空白帶。　　4.2 辨證地理解和執行《防治煤與瓦斯突出細則》，措施孔控製範圍要取本階段、下階段防突措施施工所需安全屏障二者中的最大值。　　4.3 各階段的防突措施施工，都要為下階段的防突措施施工製造有效的安全屏障。　　4.4 任何時候都不能在安全屏障內多次重複打孔，避免人為降低安全屏障的物理機械強度。　　4.5 如果出現安全屏障內超標，應該采取遠距離消除突出的措施，不宜在工作麵煤層屏障內采取“短兵相接”的措施。　　4.6 煤層中鑽孔應該在工作麵的硬分層中開孔，穿過安全屏障後再進入軟分層中施工，盡量保持安全屏障的物理及機械強度。　　4.7任何時候都要防止放炮打垮支護而誘導突出。　　4.8 國家主管部門應組織修訂《防治煤與瓦斯突出細則》。　　參考文獻：　　《防治煤與瓦斯突出細則》煤炭工業出版社 1995年　　重慶煤炭集團安全事故通報