高瓦斯礦井大斷面巷道掘進(jìn)技術(shù)研究

　　　按我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，礦井中只要有一個(gè)煤層/巖層發(fā)現(xiàn)瓦斯，該礦井即為瓦斯礦井，高瓦斯礦井的定義更為精細(xì)，瓦斯涌出量高于10m3/t（或40m3/min）、掘進(jìn)工作面、采煤工作面瓦斯涌出量高于3m3/min、5m3/min，均屬高瓦斯礦井，該類礦井大斷面巷道掘進(jìn)危險(xiǎn)系數(shù)高、效率較低，就掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行分析十分必要。
　　1 高瓦斯礦井大斷面巷道掘進(jìn)面臨的問題
　　1.1 安全問題
　　高瓦斯礦井的各環(huán)節(jié)作業(yè)都面臨安全問題的威脅，就大斷面巷道掘進(jìn)工作而言，包括瓦斯大量涌入巷道、煤層瓦斯聚集區(qū)內(nèi)外壓力驟然變化等。瓦斯涌入巷道的情況，多見于巷道掘進(jìn)的過程中，因斷面較大，掘進(jìn)時(shí)導(dǎo)致煤層暴露，巷道周邊的瓦斯，可通過空隙快速進(jìn)入掘進(jìn)的巷道中，濃度超過5%，或混合氣體中氧的濃度不低于12%，均可能發(fā)生爆炸[1]。瓦斯內(nèi)外壓力的變化一般因施工擾動(dòng)導(dǎo)致。瓦斯在煤層中是流動(dòng)的，如果空間相對(duì)封閉，則存在壓強(qiáng)較大的問題，施工作業(yè)中，大斷面巷道可能產(chǎn)生裂縫，也可能單純因煤層等阻礙物過薄，瓦斯會(huì)持續(xù)進(jìn)入巷道，逐步聚集，誘發(fā)安全問題。
　　1.2 工作效率問題
　　大斷面巷道作業(yè)中，瓦斯?jié)舛容^高或者分布上不均勻、不規(guī)律，都會(huì)影響巷道的開口和掘進(jìn)，需要反復(fù)進(jìn)行甄選，掘進(jìn)時(shí)也要求做好瓦斯?jié)舛确治?、捕捉?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，效率相對(duì)不高。同時(shí)，大部分礦井在進(jìn)行大斷面巷道掘進(jìn)時(shí)，采用的是局部通風(fēng)方式，在掘進(jìn)作業(yè)進(jìn)行之處，空氣中的氧氣量和瓦斯?jié)舛认鄬?duì)理想，安全性高，隨著掘進(jìn)作業(yè)的持續(xù)深入，通風(fēng)扇難以保證空氣置換的高效率，大斷面巷道掘進(jìn)深度越大，空氣中的瓦斯?jié)舛韧礁?，此時(shí)為避免瓦斯富集導(dǎo)致人員呼吸受限和安全隱患，需要降低掘進(jìn)速度，工作效率也因此受到影響[2]。
　　2 高瓦斯礦井大斷面巷道掘進(jìn)技術(shù)
　　2.1 瓦斯抽放
　　針對(duì)高瓦斯礦井作業(yè)危險(xiǎn)程度高的問題，各地普遍采用瓦斯抽放的方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)，在大斷面巷道掘進(jìn)工作中，抽放技術(shù)的應(yīng)用由來已久?？紤]到煤層、巖層以及瓦斯分布的復(fù)雜性，建議采用對(duì)比法進(jìn)行瓦斯抽樣效果的優(yōu)化。可在巷道工作區(qū)域附近選取一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)抽放孔A，另在A孔周圍選取2-3個(gè)測(cè)試孔，設(shè)為1、2、3號(hào)孔，測(cè)試孔均勻分布于標(biāo)準(zhǔn)孔的不同方向，呈圓弧狀，1號(hào)孔與A孔的距離為3m，2號(hào)孔增加0.5m，距離A孔3.5m，3號(hào)孔再增加0.5m，距離A孔4m。標(biāo)準(zhǔn)孔和測(cè)試孔處均放置氣流監(jiān)控儀。完成打孔后，同時(shí)開放四個(gè)孔，測(cè)試瓦斯瞬間涌出量和衰減系數(shù)，選取氣流衰減最快的測(cè)試孔，獲取其與標(biāo)準(zhǔn)孔之間的距離，在巷道大斷面周邊進(jìn)行打孔和瓦斯抽放，可保證最大限度完成瓦斯的抽取利用、提升巷道工作的安全性。此外，也可以利用軟件進(jìn)行模擬，分析可行的瓦斯抽放方案。
　　2.2 巷道支護(hù)
　　巷道支護(hù)技術(shù)是保證高瓦斯礦井大斷面巷道掘進(jìn)安全的基礎(chǔ)措施。在各類巷道的掘進(jìn)過程中，對(duì)煤層、巖層的擾動(dòng)均不可避免，大斷面巷道掘進(jìn)作業(yè)中，這種影響尤為明顯。要求共同綜合支護(hù)技術(shù)提供保障，綜合支護(hù)包括兩側(cè)和頂部共兩大部分。頂部支護(hù)一般選用強(qiáng)度較高的鋼合金錨桿，以80-90cm為間隔在巷道內(nèi)地面持續(xù)布設(shè)，錨桿延伸至礦井頂部，之后以15-20°夾角向頂部挖去，設(shè)置金屬網(wǎng)和鋼筋梁進(jìn)行頂部加固，必要時(shí)可額外于頂部錨桿轉(zhuǎn)彎處加設(shè)若干錨桿，以螺栓或焊接方式進(jìn)行加固。兩側(cè)的支護(hù)仍以螺紋鋼錨桿為主，要求與地面保持垂直，以90-110cm為間隔，持續(xù)布設(shè)于巷道兩端，利用高分子材料進(jìn)行地面部分處理，使錨桿與地面連接穩(wěn)固。應(yīng)用金屬網(wǎng)進(jìn)行附加部分的加固和焊接，應(yīng)用錨桿托板使所有錨桿處于理想位置和水平線處，避免受力不均問題。
　　2.3 工程實(shí)例分析
　　2018年6月，某地煤礦進(jìn)行薄煤層開采，擬采用大斷面巷道掘進(jìn)技術(shù)。開采前，技術(shù)人員探明礦井為瓦斯礦井，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，該礦井觀測(cè)孔瓦斯涌出量為11.6m3/t，絕對(duì)涌出量達(dá)到48.6m3/min，滿足高瓦斯礦井標(biāo)準(zhǔn)。為保證開采安全性和作業(yè)效率，礦方?jīng)Q定通過瓦斯抽放和檢測(cè)、巷道支護(hù)等技術(shù)作為輔助。
　　瓦斯抽放方面，采用對(duì)比分析法，應(yīng)礦井地形相對(duì)并不復(fù)雜，設(shè)置了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)孔和三個(gè)測(cè)試孔（編為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)孔），基礎(chǔ)孔距為2.8m，固定增加值為0.6m，1號(hào)孔與標(biāo)準(zhǔn)孔距離2.8m，2號(hào)孔與標(biāo)準(zhǔn)孔距離3.4m、3號(hào)孔與標(biāo)準(zhǔn)孔距離4.0m。經(jīng)測(cè)定，2號(hào)孔孔距理想，瓦斯涌入衰減速度較快，確定以3.4m為孔間距進(jìn)行瓦斯抽放。巷道支護(hù)上，采用合金螺紋鋼作為主要材料，支護(hù)方案與上文相同。最終安全有效完成了巷道掘進(jìn)。
　　3 總結(jié)
　　綜上，現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)安全性要求高，高瓦斯礦井大斷面巷道掘進(jìn)也引發(fā)了廣泛重視。該類巷道掘進(jìn)面臨瓦斯外泄富集、工作效率地下等問題，為保證工作質(zhì)量，可推行瓦斯抽放和檢測(cè)、巷道支護(hù)等技術(shù)措施。在工程實(shí)例中，技術(shù)人員采用對(duì)比分析法和綜合支護(hù)，有效避免了瓦斯干擾，提升了掘進(jìn)工作成效。