煤矿上保护层开采防突与关键技术探讨

煤矿上保护层开采防突与关键技术探讨

摘要随着经济不断發展，我国不断加大煤矿开采力度，煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全最严重的问题之一。由于它能在一瞬间向采掘工作面空间喷出大量的煤和瓦斯流，不仅会造成井巷设施和矿井通风系统的严重破坏，而且还会使井巷充满瓦斯和煤岩抛出物，造成工作人员窒息、煤流埋人，甚至引起瓦斯爆炸与火灾事故等。鉴于此情况，本文针对煤矿上保护层开采防突与关键技术进行相关探讨。

关键词煤矿；保护层开采；防突

前言

随着近年来我国迅猛增长的煤炭产量，煤炭资源开采过程中的安全生产问题也被人们热切关注。瓦斯爆炸、透水、顶板冒落等生产事故的发生凸显出资源高效开采与安全生产之间的矛盾。矿井开采保护层防突技术为高瓦斯煤层开采提供了借鉴，通过开采保护层解放被保护层，使得被保护层煤层内的瓦斯有效得到释放，降低了被保护层瓦斯突出性危险，该项技术值得研究和推广应用。对于此情况，本文谈谈煤矿上保护层开采防突与关鍵技术。

1 保护层开采原理

煤层开采后，被开采煤层周围的煤岩层将会向采空区发生移动。在这种采动的扰动下，煤岩体中原有的平衡关系遭到干扰和破坏，从而使煤岩体原有的应力--应变状态发生改变。改变的结果将导致煤岩层中的压力得到释放、弹性潜能释放，从而形成采动裂隙。瓦斯作为煤层的伴生气体，本身具有流动性，采动裂隙的产生将为煤层中赋存的瓦斯提供渗流运动的通道，即改变煤岩层原有的透气性使之增大。保护层开采正是利用采掘活动对煤岩体所产生的上述影响，通过自然或人工强化排放卸压瓦斯，以达到降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力，进而消除煤与瓦斯突出危险的区域性瓦斯治理方法[1]。

2 煤矿防突的关键技术

2.1 高压注水综合防突技术

煤矿防突的原理主要指的是通过在巷道正头布置长钻孔的方法，以提前进行高压注水的方式来实现。通过注水，煤体会变得更加湿润，煤的可塑性得到了增强。当压裂破坏煤体后，煤体透气性会得到增加，使游离瓦斯大量放散，降低或者能够消除煤层的突出危险。这一技术在掘进循环开始前进行，首先要在巷道迎头一次布置几个钻孔，确定必要的孔深，方向与前进方向平行或者适当向外围偏斜，以此来增加注水的范围。同时，要通过水力自动封孔煤层注水器进行封孔，注水的压力应该以既湿润煤体又不出现煤层水力压裂现象为宜，注水时间应以达到煤体湿润、有水渗出为宜。这一技术如果能够和超前排放钻孔结合起来使用，

将会产生更好的防突效果[2]。

2.2 自动抽排切换技术

对开采工作面采空区而言，防突工作的抽放步骤一般通过埋管抽放、采空区靠切眼侧密闭抽放、地面、顶板、底板钻孔抽放等方法完成。其中，自动抽排切换技术是其中的重要一项。其原理为：通过抽放点抽放管路瓦斯浓度、矿井瓦斯抽放系统瓦斯浓度和排放段环境瓦斯浓度的监测，实现在低浓度抽放中抽放点浓度或者系统浓度有一个不低于设定值时，由抽放系统进行抽放；如果两个值都低于设定值时，就自动切换为压气引射器引射状态，通过引射器引排到排放段通风稀释；如果排放处环境浓度超限，就自动停止引排。通过这样的工作流程，实现在不使系统瓦斯浓度低于设定值、保证安全的情况下，对被抽放点瓦斯进行低浓度强化抽排。该技术已经在我国多家煤矿的综放工作面初采期开放式采空区瓦斯强化抽放中得到了应用，效果显著。

2.3 水力冲孔揭煤技术

该技术一般以特定厚度的岩柱或者煤柱为安全的屏障，通过钻头的切割与高压水对煤体进行冲击，以此来激发煤层发生可控的喷煤喷瓦斯。其工作原理是：煤和瓦斯的排出，能够使揭煤地点周围的地应力下降，增加其透气性，同时，瓦斯压力和含量也会同时减小，而煤的强度得到了提高，释放了瓦斯潜能，以此达到消除该范围内煤体的突出危险性的目的。具体而言，水力冲孔揭煤技术的实施是通过高压水流的强力冲刷，使之和地应力与瓦斯产生共同的作用，将煤体破碎，使其沿着孔深与孔道的周围扩散，破碎的煤炭就会在这一过程中不断地被排出到孔外，形成的孔洞网组还会彼此连通，最终形成一定宽度与长度的卸压带，把形成的集中应力推向深部，这样一来，在一定范围内的煤体将会得到充分的卸压，瓦斯也得到了充分的排放，以此来实现防突。

2.4 超前排放钻孔防突技术

该技术是在工作面正头向前方煤体上打一定数量的钻孔，同时始终保持一定的超前距离，使前方的煤体得到卸压，并排放瓦斯，以此来实现减弱与防止突出的目的，这一技术的应用，在瓦斯涌出量与瓦斯压力并不太大时的效果更好一些。而当瓦斯的涌出量与瓦斯压力处于较高程度时，夹钻、卡钻的现象会比较严重，此时，打钻工作应由全液压坑道钻机完成。该钻机的操作平稳、工作安全，能够通过水力与风力排煤交替进行使用，这不但有利于煤粉与瓦斯的排出，还能够避免卡钻的现象，工效虽低，但安全性较高。此外，如果先施工指标较小处煤体，后施工指标较大处煤体，还能够有效减少卡钻、夹钻的频率。比如，当液压钻机钻至5m～8m处时，瓦斯压力值将处于高峰状态，喷孔与卡钻现象较容易发生，在这种情况下，可以考虑通过风力排煤粉，这样能够有效稀释瓦斯的浓度（当然要采取必要的防尘措施）[3-5]。

3 结束语

上文中，我们对煤矿上保护层开采防突与关键技术做出了初步地分析。鉴于自身能力、工作经验的限制，本文可能对煤矿上保护层开采防突与关键技术论述的还不够彻底、全面。整个论述过程中，甚至可能出现某些不恰当的观点或问题。而要避免这些，必然需要各个同行们的批评和建议。希望广大的相关从业者们，能够立足于自身实践，从思想、行动上对煤矿上保护层开采防突做出创新，从而推动我国煤矿行业的健康发展。

参考文献

[1] 付凤娟.鸡西杏花煤矿开采保护层防突技术研究[J].黑龙江科技信息，2012，（08）：95，101.

[2] 张枚润，杨胜强，程健维，等.马依西保护层开采理论分析及数值模拟研究[J].采矿与安全工程学报，2013，（01）：123-127.

[3] 张健.煤矿开采保护层防突技术研究[J].民营科技，2013，（09）：2.

[4] 屈永安.下峪口煤矿中近距离上保护层开采试验研究[J].能源技术与管理，2016，（04）：49-52.

[5] 吴建亭，石宪群，钱高峰.保护层开采瓦斯综合治理与利用技术[J].煤矿安全，2011，（02）：23-26.