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“四位一体”防突措施在芦河煤业有限公司3号煤层中的应用
作者：杨建宏
来源：《科技资讯》2015年第11期
摘 要：“安全第一，预防为主”是我国煤炭安全生产工作长期经验的总结。山西兰花集团芦河煤业有限公司井田位于山西省沁水煤田西南部边缘，批准开采3～15号煤层，井田面积9.1814 km2，生产规模为90万t/a。2011年12月山西省煤炭厅以晋煤瓦发[2011]1775号文进行了批复。该矿开采3号煤层时，属于高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井。根据该煤层赋存条件及集团公司防止煤与瓦斯突出管理的相关规定，为确保安全生产，提前释放煤层前方及深部的应力，防止煤与瓦斯突出，制定该工作面“四位一体”综合防突措施。 关键词：煤与瓦斯突出矿井 区域综合防突措施 局部综合防突措施
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0134-02 在煤矿井下由于地应力和瓦斯的共同作用，在极短的时间内，破碎的煤和瓦斯由煤体内或岩体内突然向采掘空间抛出的一场动力现象，称为煤与瓦斯突出。根据《防治煤与瓦斯突出规定》的第十四条规定“有突出危险的新建矿井及突出矿井的新水平、新采区，必须编制防突专项设计。山西兰花集团芦河煤业有限公司3号煤层为突出煤层，在3号煤层的采掘活动中严格按照《防治煤与瓦斯突出规定》中的区域综合防突措施和局部综合防突措施执行。 1 3号煤层简介
3号煤层：位于山西组中下部，井田内外有钻探、井巷工程控制，煤层厚度4.75～7.49 m，平均6.01 m。井田中东部煤层较薄，向西有变厚的趋势，煤层稳定，赋存区全部可采，煤层结构简单，常含有0～2层夹矸，局部含5层夹矸，煤层顶板为粉砂岩，局部为砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩。
1.1 煤的物理性质和宏观煤岩特征
3号煤层：黑—灰黑色，似金属、强玻璃光泽，贝壳状、阶梯状断口，均一或条带状结构，层状、块状构造，内生裂隙发育，硬度3～4级。宏观煤岩组分以亮煤为主，镜煤次之，夹暗煤及丝炭条带，为光亮型煤。，视密度1.45 t/m3。 1.2 瓦斯涌出量鉴定及预测
2011年12月山西省煤炭厅以晋煤瓦发[2011]1775号文进行了批复。该矿开采3号煤层达到0.9 Mt/a设计生产能力时，矿井绝对瓦斯涌出量为141.79 m3/min，其中，回采瓦斯涌出量
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为53.23 m3/min，约占全矿井瓦 斯涌出的37.5%；掘进瓦斯涌出量为19.10 m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的13.5%；采空区瓦斯涌出量为 69.46 m3/min，约占全矿井瓦斯涌出49%。结论为：山西兰花集团芦河煤业有限公司开采3号煤层时，属于高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井。 1.3 煤尘爆炸性
据山西省煤炭工业局综合测试中心2011年9月11日对井田内开采3号煤层煤尘爆炸性取样进行测试（晋煤检[2011]0603-MB-E1648），结果如下：火焰长度0 mm，加岩粉量0%，煤尘云最低着火温度>1000℃，煤尘层最低着火温度>400℃，结论为无爆炸性。 1.4 煤的自燃倾向性
据山西省煤炭工业局综合测试中心2011年9月11日对井田内开采3号煤层煤的自燃倾向性取样进行测试（晋煤检[2011]0603-MR-E1648），结果如下：煤的吸氧量为1.26 cm3/g，自燃等级为Ⅲ类，结果为不易自燃煤层。 2 区域综合防突措施
芦河煤业有限公司矿井防突工作应坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的，严禁进行采掘活动。
2.1 区域突出危险性预测
芦河煤业有限公司3#煤层工作面采用综采分层开采，采用全部跨落法管理顶板。在开采3号煤层时，必须进行区域突出危险性预测和工作面预测。如未进行区域预测，按突出危险区管理。在突出威胁区域和无突出危险区域开采3号煤层时有下列情况之一的，应视为突出危险工作面：（1）在前方有构造破坏带，包括断层、褶曲、火成岩侵入等；（2）工作面前方煤层赋存条件，煤层厚度、硬度、软分层、倾角等急剧变化的区域；（3）工作面采掘应力迭加的区域；（4）在工作面预测过程中出现喷孔、顶钻等动力现象；（5）工作面出现明显突出预兆，如响煤炮、煤壁掉渣、片帮等瓦斯动力现象。
在突出危险工作面必须采取“四位一体”综合防突措施，只有在效果检验证实措施有效后，方可在采取安全防护措施的情况下进行采煤作业。 2.2 区域防突措施
预抽煤层瓦斯区域防突措施可采用穿层钻孔布置方式、顺层交叉钻孔布置等方式。穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制区段内的整个开采块段、两侧回采巷道及其外侧一定范围内的煤层。
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（1）顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应当控制整个开采块段的煤层；（2）顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施的钻孔应控制的条带长度不小于60 m；巷道两侧的控制范围煤层巷道上帮轮廓线外至少20 m，下帮至少10 m；其他为巷道两侧轮廓线外至少各15 m。（3）当煤巷掘进和回采工作面在预抽防突效果有效的区域内作业时，工作面距未预抽或者预抽防突效果无效范围的前方边界不得小于20 m；（4）厚煤层分层开采时，预抽钻孔应当控制开采的分层及其上部至少20 m、下部至少10 m（均为法向距离，且仅限于煤层部分）。（5）预抽煤层瓦斯钻孔应当在整个预抽区域内均匀布置，钻孔间距应当根据实际考察的煤层有效抽放半径确定。
采用预抽煤层瓦斯防治突出措施时，钻孔封堵必须严密。预抽煤层顺层钻孔布置见图1。 在开采3号突出煤层时，在采取顺层钻孔预抽3号煤层瓦斯作为区域性防突措施时，钻孔的封孔深度不得小于8 m，钻孔孔口抽放负压不得小于13 kPa。钻孔的最小控制范围是采煤工作面前方超前距20 m。 2.3 区域措施效果检验
对预抽煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，应当根据经试验考察（应《防治煤与瓦斯突出规定》第四十二条要求的程序）确定的临界值进行评判。在确定前可以按照如下指标进行评判：可采用残余瓦斯压力指标进行检验，如果没有或者缺少残余瓦斯压力资料，也可根据残余瓦斯含量进行检验，并且煤层残余瓦斯压力小于0.74 MPa或残余瓦斯含量小于8 m3/t的预抽区域为无突出危险区，否则，即为突出危险区，预抽防突效果无效。 3 局部综合防突措施
3.1 煤巷掘进工作面突出危险性预测
矿井在开采3号煤层时须进行区域突出危险性预测，当经区域预测为突出危险区域时，煤巷掘进工作面必须采取综合防突措施。只有效果检验证实措施有效后，方可在采取安全防护措施的情况下进行掘进作业；当经区域预测为无突出危险区域且无其他异常的时，在工作面掘进作业时，可不采取“四位一体”综合防突措施；当经区域预测为突出威胁区域时，在采取安全防护措施的前提下，煤巷每掘进30～100 m，必须进行不少于2次的工作面突出危险性预测，只要其中任何一次预测有突出危险，则从该次预测起，该突出区域改定为突出危险区。如未进行区域预测，按突出危险区管理。 3.2 煤巷掘进防治煤与瓦斯突出措施
煤巷掘进工作面采用底板岩石抽放巷和超前钻孔为工作面防突措施，用于抽放3#煤层瓦斯，进行消突。
3.2.1底板瓦斯抽采巷的布置方式