對(duì)防突安全屏障的思考

　　1 問題的提出

　　近年來(lái)，礦井深部水平突出煤層中施工防突鉆孔過程中，多次發(fā)生在安全屏障內(nèi)打孔突出的事故，根據(jù)對(duì)突出事故的調(diào)查，均沒有發(fā)現(xiàn)明顯違背《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》的現(xiàn)象，這說(shuō)明有必要對(duì)防突安全屏障的可靠性進(jìn)行再思考。

　　2 典型屏障突出的案例

　　某礦N2702東回風(fēng)立眼用天井鉆機(jī)施工為φ1m，兩年后用放炮方式將斷面擴(kuò)大到φ2m。立眼從上向下擴(kuò)大到突出危險(xiǎn)煤層處，用電煤鉆施工φ42mm預(yù)測(cè)孔在孔深2m處發(fā)生噴孔后，按0.2m的排放半徑在煤層中均勻施工φ42mm排放鉆孔，設(shè)計(jì)孔深4m。1998年8月23日當(dāng)?shù)?7個(gè)鉆孔施工到2.6m時(shí)，發(fā)生了346t的突出。該處煤層厚度2.4m，煤層傾角5。。

　　某礦3417工作面開切眼用ZF-100型風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)施工了8個(gè)φ80mm、深11m的超前排放鉆孔，因在施工過程中煤層松軟、鉆孔垮孔嚴(yán)重，孔口處直徑達(dá)200～300mm，故改用ZFS-15型風(fēng)煤鉆施工了13個(gè)深度9m的φ42mm排放鉆孔， 2000年8月30日施工第10個(gè)φ42mm排放鉆孔到7m時(shí)，發(fā)生了70t的突出。該處煤層傾角34。，煤層厚度0.74m。突出前已經(jīng)在安全屏障內(nèi)施工了25個(gè)鉆孔。

　　某礦2006年4月9日E1824二次切割巷在未保護(hù)區(qū)施工φ87mm排放鉆孔時(shí)，發(fā)生了490t的突出。根據(jù)事故調(diào)查，發(fā)生突出之前已經(jīng)在掘進(jìn)工作面施工了33個(gè)排放鉆孔、地質(zhì)孔等。該處煤層厚度1.98m，煤層傾角8°。

　　某礦3504E2段運(yùn)輸巷掘進(jìn)期間，措施孔控制巷道輪廓線上部的范圍是2～４m。巷道形成后采用風(fēng)煤鉆施工φ42mm的真傾斜上向鉆孔，設(shè)計(jì)孔深10m，孔間距1.6m，目的是制造采煤工作面采前本層深鉆孔施工的安全屏障。2007年7月20日施工φ42mm鉆孔，開孔點(diǎn)在煤層的軟分層中，此處巷道頂板的煤層已經(jīng)垮落1m左右，鉆進(jìn)到孔深3.5m左右發(fā)生噴孔。從瓦斯監(jiān)測(cè)曲線上看，鉆孔發(fā)生噴孔后7min發(fā)生了突出，突出煤量343t。該處煤層傾角55。，煤層厚度近1m。

　　以上突出事故都說(shuō)明，執(zhí)行措施孔前，安全屏障的物理機(jī)械強(qiáng)度都不足。

　　3 對(duì)防突安全屏障的思考

　　3.1 對(duì)防突措施實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)

　　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(zhì)，促使煤體產(chǎn)生塑性、蠕動(dòng)變形，從而消除措施控制范圍內(nèi)煤體的突出潛能，通常采取的措施是鉆孔排放或鉆孔抽放。從這個(gè)意義上講，防治突出的措施就是要多打鉆孔。

　　相同的機(jī)具和工藝，由于煤層賦存條件的不同，鉆孔排出的固體物質(zhì)數(shù)量、鉆孔的有效排放半徑也不同，鉆孔對(duì)屏障物理機(jī)械強(qiáng)度的影響程度也不同，安全屏障的機(jī)械強(qiáng)度與屏障內(nèi)鉆孔排出的固體物質(zhì)的數(shù)量成反比。從這個(gè)意義上講，防治突出又不能打多余的鉆孔。

　　在設(shè)計(jì)鉆孔的數(shù)量時(shí)，通常依據(jù)已經(jīng)考察的鉆孔排（抽）放半徑和需要控制的范圍而確定。在實(shí)際工作中，應(yīng)該掌握每個(gè)鉆孔排除固體和氣體物質(zhì)的數(shù)量，并以此修定鉆孔的數(shù)量，不宜在煤層中打多余的鉆孔，以確保安全屏障的可靠性。

　　3.2 辨證理解和執(zhí)行《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》的相關(guān)規(guī)定

　　《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第一版是1988年頒發(fā)的，新版《細(xì)則》從1995年5月1日開始執(zhí)行?！都?xì)則》是根據(jù)12年前開采條件下，對(duì)已經(jīng)獲得素材的歸納。 12年來(lái)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(yīng)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(xì)則》時(shí)沒有收集到的，所以要辨證理解和執(zhí)行《細(xì)則》。

　　3.2.1 如何防止出現(xiàn)《細(xì)則》第69條的前置條件？

　　《細(xì)則》第69條規(guī)定，“……在第一次執(zhí)行上述措施或無(wú)措施超前距時(shí)，必須采用淺孔排放或其它防治突出措施，在工作面前方形成5m的執(zhí)行措施的安全屏障后，方可進(jìn)入正常防突措施施工，確保執(zhí)行措施的安全?！?/P>

　　但是，“采用淺孔排放”后再“進(jìn)入正常防突措施施工”的過程，必定是在5m屏障內(nèi)重復(fù)打孔，從而降低或破壞了安全屏障的物理機(jī)械強(qiáng)度。如果出現(xiàn)第69條的前置條件，應(yīng)該采取遠(yuǎn)距離的措施而不是短兵相接的措施。遠(yuǎn)距離的措施主要包括穿層鉆孔抽放、退后掘進(jìn)工作面在煤層頂?shù)装鍘r層開口向屏障施工抽（排）放鉆孔等。

　　3.2.2 關(guān)于煤巷掘進(jìn)工作面防治突出效果檢驗(yàn)超前距的思考

　　《細(xì)則》第43條規(guī)定，“……當(dāng)檢驗(yàn)孔深等于措施孔深時(shí)，經(jīng)檢驗(yàn)措施有效后，必須留有5m投影孔深的超前距。當(dāng)檢驗(yàn)孔深小于措施孔孔深，且兩孔投影孔深的差值不小于3m時(shí)，經(jīng)檢驗(yàn)措施有效后，可采用2m投影孔深的超前距?！?/P>

　　這里有一個(gè)概念需要商榷，就是措施孔已經(jīng)控制的、但還沒有經(jīng)過檢驗(yàn)有效的范圍是否已經(jīng)完全消除了突出危險(xiǎn)？第43條的規(guī)定中似乎沒有肯定也沒有否定。但是作者認(rèn)為，凡是沒有經(jīng)過檢驗(yàn)證明已經(jīng)消除突出危險(xiǎn)的范圍，都不能認(rèn)定為是已經(jīng)消除突出危險(xiǎn)的范圍，都不能視為是有效的安全屏障。過去在執(zhí)行這條規(guī)定的過程中，許多礦井已經(jīng)出現(xiàn)在下輪施工預(yù)測(cè)（檢驗(yàn)）孔或措施孔時(shí)，鉆孔深度超過2m后就發(fā)生超標(biāo)甚至噴孔的現(xiàn)象，這種情況下就要執(zhí)行第69條的規(guī)定，從而又出現(xiàn)了在屏障內(nèi)重復(fù)打孔的現(xiàn)象。

　　所以，無(wú)論措施孔的深度是多少，煤巷掘進(jìn)工作面防治突出效果檢驗(yàn)孔的超前距都應(yīng)不少于5m。

　　3. 2.3 措施孔布置層位的思考

　　《細(xì)則》第70條第3款規(guī)定“鉆孔應(yīng)盡量布置在煤層的軟分層中”。從鉆孔排放效果分析，鉆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鉆孔排出的固體和氣體物質(zhì)多。但是在構(gòu)造煤層的軟分層中施工鉆孔，往往出現(xiàn)屏障內(nèi)煤體垮塌后無(wú)法布孔的現(xiàn)象，由此造成安全屏障的物理機(jī)械強(qiáng)度受到破壞甚至沒有安全屏障。

　　作者建議，抽放鉆孔應(yīng)該布置在工作面的硬分層中，這樣，既可以保護(hù)安全屏障的物理及機(jī)械強(qiáng)度，也有利于抽放孔的封孔，同時(shí)由于鉆孔就不容易塌孔而保持暢通，提高抽放效果。排放鉆孔應(yīng)該在工作面的硬分層中開孔，穿過安全屏障后再進(jìn)入軟分層中施工。

　　3. 2.4 措施孔有效超前距的思考

　　人們習(xí)慣性的思維和《細(xì)則》中規(guī)定防突掘進(jìn)工作面措施孔的有效超前距都是不少于5m。近年來(lái)，某些礦井因地質(zhì)構(gòu)造帶突出危險(xiǎn)性增大、鉆孔施工過程中瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象嚴(yán)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(zhì)構(gòu)造變化帶，措施孔的有效施工深度很難達(dá)到設(shè)計(jì)的深度，一般都在10 m以下，造成在措施孔超前距范圍內(nèi)要重復(fù)施工3～４輪措施孔，這樣的安全屏障是沒有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的。

　　為了防止在安全屏障內(nèi)多次重復(fù)施工鉆孔，作者建議，防突掘進(jìn)工作面措施孔的有效超前距以安全屏障內(nèi)最多重復(fù)2輪措施孔為宜，如果這樣不能保證5 m有效超前距，則應(yīng)該遠(yuǎn)距離采取措施消除掘進(jìn)工作面前方的突出危險(xiǎn)性。

　　3. 2.5 統(tǒng)籌設(shè)計(jì)上、下階段施工防突措施所需要的安全屏障

　　3. 2.5.1石門揭煤措施孔控制的范圍

　　如果石門只是穿過突出危險(xiǎn)煤層，則消除突出措施孔控制的范圍可比照《細(xì)則》第60條規(guī)定執(zhí)行。

　　如果石門揭穿突出危險(xiǎn)煤層后，還要沿突出危險(xiǎn)煤層掘進(jìn)煤層巷道，則石門揭煤前消除突出措施孔控制的范圍就應(yīng)該在《細(xì)則》第60條規(guī)定的基礎(chǔ)上，增大措施孔的控制范圍。

　　增大鉆孔控制范圍應(yīng)該考慮的因素有，進(jìn)入煤層后再向左、右、上、下掘進(jìn)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(shí)還要考慮放揭煤炮及過煤門放炮過程中對(duì)巷道周邊超挖的范圍等。不能只考慮石門斷面揭煤當(dāng)時(shí)所需要的安全屏障。

　　3. 2.5.2 煤層巷道掘進(jìn)期間措施孔控制的范圍

　　《細(xì)則》第70條第4款規(guī)定掘進(jìn)巷道“超前鉆孔的控制范圍，應(yīng)控制巷道斷面輪廓線外2～4m（包括巷道斷面內(nèi)的煤層）”。這樣執(zhí)行的后果是，煤層巷道形成后施工上向或下向的煤層抽放鉆孔前的安全屏障也只有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），顯然沒有不少于5 m的執(zhí)行措施的安全屏障，難以保證施工抽放鉆孔的安全。煤層巷道掘進(jìn)期間，措施孔控制巷道斷面輪廓線以外的范圍，要取巷道掘進(jìn)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(jìn)期間措施孔控制的范圍就不能完全按《細(xì)則》第70條第4款執(zhí)行，要擴(kuò)大鉆孔控制范圍。

　　3. 2.5.3 特殊地點(diǎn)措施孔控制的范圍

　　煤層巷道的交叉點(diǎn)、拐彎段掘進(jìn)期間，要根據(jù)巷道角度、斷面尺寸等，具體設(shè)計(jì)和施工特殊點(diǎn)的措施孔，防止在這些地點(diǎn)施工過程中出現(xiàn)無(wú)安全屏障、安全屏障不足、三角空白帶等現(xiàn)象。

　　3.3 穿層鉆孔制造安全屏障

　　在防突工程設(shè)計(jì)和選擇上，應(yīng)該“先做加法、后做減法”。

　　穿層抽放鉆孔有施工安全、多鉆孔、有效控制范圍大、準(zhǔn)確探測(cè)區(qū)域內(nèi)煤層賦存條件等優(yōu)點(diǎn)，但有平均單位鉆尺抽放量小、抽放時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)；煤層鉆孔與穿層鉆孔的優(yōu)缺點(diǎn)正好相反。

　　但是，深部開采的范圍往往是煤層賦存條件差、構(gòu)造多、構(gòu)造應(yīng)力大、地應(yīng)力大的區(qū)域，特別是煤層頂?shù)装迤鸱?、厚度變化、走向和傾向變化，在這種情況下，無(wú)論施工本層鉆孔的鉆機(jī)能力有多強(qiáng)，鉆孔一旦遇見巖石或強(qiáng)烈瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，都只能停止施工，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)煤層鉆孔有全部控制開采范圍的目的。

　　在實(shí)際工作中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)采用煤層鉆孔無(wú)法全部控制開采范圍時(shí)，再選擇穿層抽放幾乎是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)椴渴鸷蜕a(chǎn)的壓力，逼迫更多地是選擇繼續(xù)在煤層空白區(qū)采取措施，從而使防突工作走入了在突出危險(xiǎn)區(qū)域短兵相接的境地。

　　所以，應(yīng)該堅(jiān)持以穿層抽放為主，以本層抽放為補(bǔ)充；堅(jiān)持預(yù)裂爆破、水力擴(kuò)孔等增加煤體透氣性的技術(shù)措施，提高穿層抽放的效果。

　　3.4 有效支護(hù)對(duì)安全屏障的作用

　　防突區(qū)域要保證支護(hù)可靠，特別是傾斜、急傾斜煤層，防止安全屏障垮落而誘導(dǎo)突出。

　　防止放炮打垮支護(hù)或支護(hù)不及時(shí)而降低或破壞已經(jīng)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(yīng)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(yīng)優(yōu)先選擇“錨、網(wǎng)、梁、索”組合支護(hù)或發(fā)碹支護(hù)，嚴(yán)防出現(xiàn)放炮打垮支護(hù)。

　　4 結(jié)論

　　4.1 在防突工程設(shè)計(jì)和選擇上，應(yīng)該“先做加法、后做減法”。技術(shù)措施要堅(jiān)持“穿層抽放為主、本層抽放為補(bǔ)充”的原則，力爭(zhēng)在突出危險(xiǎn)煤層中不留下措施孔控制的空白帶。

　　4.2 辨證地理解和執(zhí)行《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》，措施孔控制范圍要取本階段、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制造有效的安全屏障。

　　4.4 任何時(shí)候都不能在安全屏障內(nèi)多次重復(fù)打孔，避免人為降低安全屏障的物理機(jī)械強(qiáng)度。

　　4.5 如果出現(xiàn)安全屏障內(nèi)超標(biāo)，應(yīng)該采取遠(yuǎn)距離消除突出的措施，不宜在工作面煤層屏障內(nèi)采取“短兵相接”的措施。

　　4.6 煤層中鉆孔應(yīng)該在工作面的硬分層中開孔，穿過安全屏障后再進(jìn)入軟分層中施工，盡量保持安全屏障的物理及機(jī)械強(qiáng)度。

　　4.7任何時(shí)候都要防止放炮打垮支護(hù)而誘導(dǎo)突出。

　　4.8 國(guó)家主管部門應(yīng)組織修訂《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》。

　　參考文獻(xiàn)：

　　《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》煤炭工業(yè)出版社 1995年

　　重慶煤炭集團(tuán)安全事故通報(bào)