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【摘 要】中马村矿二1煤属于严重煤与瓦斯突出煤层，29东工作面揭煤区域煤层较厚，为了快速消除该区域突出危险性，从底板抽采巷进行水力冲孔对揭煤区域进行瓦斯治理，有效地降低了揭煤爆破时巷道内瓦斯的涌出量，同时通过超短导硐揭煤技术进行揭煤爆破，實现了工作面的安全快速揭煤。
【Abstract】No. Two 1 seam in Zhongma Village Mine is a serious coal and gas outburst seam. The coal seam in the coal uncovering area of 29 east work face is thick， in order to eliminate the outburst danger quickly in this area， hydraulic punching from the drainage tunnel at the bottom plate is adopted to control the gas， which effectively reduces the gas emission in the roadway during uncovering coal blasting， at the same time， the coal blasting is carried out by exposing the coal with ultra short pilot tunnel to realize the safe fast uncovering the coal.
【关键词】超短导硐；水力冲孔；快速揭煤
【Keywords】 ultra short boring tunnel； hydraulic punching； quick coal uncovering
【中图分类号】TD713.3 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）08-0181-03
1 引言
中马村矿属煤与瓦斯突出矿井，可采煤层为二迭系山西组二1煤，平均厚度为5.15m，煤层瓦斯含量为4.73～36.65m3/t，瓦斯压力为0. 29～1.55MPa，相对瓦斯涌出量为33.1m3/t， 绝对瓦斯涌出量为43.7m3/min，建井以来共发生26次煤与瓦斯突出，始突标高-46m。
中马村矿受煤层中高含量瓦斯制约，矿井生产接替困难，煤矿揭煤工作技术环节多，耗费时间长，如果能创新揭煤技术，能提高瓦斯治理效果、缩短揭煤所需时间，将对矿井采掘抽平衡起到重要意义。
2 揭煤工作面概况
中马村矿29东工作面位于29采区东翼。北起东大巷，南至-250流水巷，西临29东翼采空区，东接211采区边界。
29东工作面主采二1煤层，工作面设计标高-120～-220m。该工作面地质构造较简单，总体呈单斜构造，煤层倾角平均14°，29东工作面回风巷区域存在煤层分叉、夹矸现象，二1煤层分叉现象主要集中在工作面中、上部区域，下分层煤发育赋存稳定，揭煤处巷道下距二1煤下分层煤5m，二1煤下分层煤厚0.2m，二1煤上分层煤厚5.0m，二1煤上、下分层煤间距10m。29东工作面回风巷煤层原始瓦斯压力0.9MPa，原始瓦斯含量为14.11m3/t，为煤与瓦斯突出危险区，该区域揭煤前必须采取有效的防治煤与瓦斯突出措施。
3 揭煤方案
3.1 揭煤巷道设计
从29东工作面回风底抽巷开口后，向上起坡做揭煤巷道，岩柱≤5m时，每班掘进前必须打探眼以便准确掌握距煤层底板的法线距离，岩柱≤3m时，更换支护方式，采用锚喷+工钢支护，直至揭煤导硐。3m岩柱至揭煤导硐掘进期间，必须采取短掘短支，循环进尺不能超过1m，顶部（顶板以下0. 5m范围内）炮眼不装药或少装药，放炮后采取人工裁支成形并及时支护。（图1）
3.2 揭煤导硐设计
根据中马村矿以往揭煤经验，导硐长度一般在8m以上，本次揭煤试验导硐长度为4m。
工作面距煤层法向距离2m处开始掘揭煤导硐。顶板采用锚索配合金属网+木点柱支护。锚索布置：1500×1000mm，锚索锁具上部褙200×200mm方木。木点柱规格：Φ180mm×（1.8-2.5m），木点柱距两帮距离为300mm，喷厚50mm。巷道两帮采用锚网支护，锚杆布置：800×800mm，锚杆规格：Φ20×2400mm，高强度阻尼锚杆。锚杆锚固力不低于170kN，锚杆扭矩力不低于200N.m。
4 区域综合防突措施
4.1 区域防突措施
4.1.1 底板穿层钻孔预抽防突措施
在29东工作面回风底抽巷设计穿层钻孔预抽揭煤区域煤层瓦斯，钻孔控制揭煤工作面巷道上帮30m，下帮30m。钻孔设计16组347个，总孔深13138.8m，其中煤孔段2572.4m（上分層煤孔段2185.4m，下分层煤孔段387m），岩孔段10566.4m。
4.1.2 水力冲孔技术
水力冲孔防突措施是指在岩巷施工穿层钻孔，在岩柱的掩护下，使用高压水射流冲击钻孔周围的煤体，冲出大量的煤体和瓦斯，形成孔洞。在地应力的作用下，孔洞周围的煤体向钻孔方向移动，使孔洞附近煤体卸压，同时释放大量瓦斯，大幅度增加孔洞周围煤体的透气性，另一方面湿润了煤体，减小了煤体的脆性，增加了可塑性，降低了煤体内部的应力集中，增加了防止煤和瓦斯突出的能力，有效地提高了抽放效果，起到综合防突的作用[1-5]
采用BRW200/31.5型乳化液泵，公称容积：1600L；公称压力：31.5MPa，流量200L/min。连接管采用内径φ25mm、耐压32MPa高压胶管将液压管路与钻杆尾端连接，连接处使用U型卡，钻杆与钻杆连接处填塞尼龙绳，用牙钳上紧，以减少漏水量，钻杆末端安装压力表，要求冲煤压力不小于15MPa。按照设计位置及角度开孔，穿过煤层后，更换为冲孔钻头（Φ2mm），边退边冲，退至见煤位置，边进边冲，如此循环反复，主冲钻孔冲至孔内流出清水，冲不出煤为止，主抽钻孔冲煤时间不小于1个小时。 在29東工作面回风底抽巷对应揭煤位置施工穿层钻孔346个，穿层钻孔共冲出煤量1413.5t，平均单孔冲出煤量约4.08t，约占钻孔影响范围内煤炭储量的2.3%。
4.2 区域防突措施效果检验
在29回风巷揭煤区域取煤样测定残余瓦斯含量13个，所测含量为2.5～4.26m3/t，且在测试过程中未发现喷钻、卡钻、顶钻等异常情况。
4.3 区域验证
揭煤工作面分别在岩柱5m、岩柱1.8m揭煤导硐掘进前、揭煤导硐掘进后揭煤爆破前进行区域验证。采用钻屑瓦斯解吸指标法进行验证。
5 揭煤作业
5.1 揭煤炮眼施工
炮眼采用岩孔，根据矿井其他地区揭煤经验及该地区实际情况，共设计6列9排54个炮眼，列间距0.6-1.1m，行间距0.5m，第9排布置在距导硐端头0.2m处，炮眼深度1.2-1.3m。采用分区爆破，Ⅰ区1-18#炮眼为掏槽眼，采用1段管起爆，Ⅱ区19-36#炮眼用2段管起爆，Ⅲ区37-54#炮眼用3段管起爆。装药联线方式：采用乳胶炸药和毫秒电雷管，装药方式采用正向爆破，装药后所余炮眼长度全部用黄土炮泥充填。爆破网络采用每个炮眼内并联、每2列18个炮眼内串联，最后3组再并联的方式。 （详见图3～图4）
5.2 揭煤效果
震动爆破使用炸药39.2kg，电雷管108发，爆破网络总电阻21.6欧。2016年5月25日上午9：55实施震动爆破，炮后甲烷传感器显示最大值为0.94%。现场观察，一次揭开煤与瓦斯突出煤层，煤层下部约垮落3m，爆破揭煤效果良好。
6 结语
①水力冲孔消突效果显著。揭煤区域穿层钻孔采用液压泵进行水力冲孔，平均单孔冲出煤量约4.08t，约占钻孔影响范围内煤炭储量的2.3%，大部分钻孔初始浓度在70%以上，区域措施效果检验、区域验证均无超指标现象，经抽采后煤层快速消除突出危险性，炮后瓦斯浓度仅为0.83%。
②减小工程量，安全系数高。该揭煤导硐首次采用超短导硐，较焦煤公司以往揭煤导硐短4～6m，不仅减小了巷道工程量，缩短了工期，而且降低了施工揭煤导硐存在的顶板冒落的风险。
③揭煤周期短，效率高。水力冲孔快速消突技术及超短导硐揭煤技术的应用，使施工抽采钻孔到揭开煤层用时10个月，较原有揭煤作业周期提前4～6个月，为矿井生产接替赢得了时间。
【参考文献】
【1】于不凡，王佑安. 煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].修订版. 北京：煤炭工业出版社，2005.
【2】林柏泉，崔恒信. 矿井瓦斯防治理论与技术[M]. 徐州：中國矿业大学出版社，1998.
【3】薛胜雄，黄汪平，陈正文，等. 高压水射流技术与应用[M].北京： 机械工业出版社，1998.
【4】敬复兴，赵新杰，原世腾.中马村矿水力冲孔消突技术研究与应用[J].中州煤炭，2013（11）：6-7.
【5】李家彪，刘明举，赵发军.水力冲孔在新义矿瓦斯抽放中的应用[J].煤炭工程，2011（7）：36-38.
【Abstract】No. Two 1 seam in Zhongma Village Mine is a serious coal and gas outburst seam. The coal seam in the coal uncovering area of 29 east work face is thick， in order to eliminate the outburst danger quickly in this area， hydraulic punching from the drainage tunnel at the bottom plate is adopted to control the gas， which effectively reduces the gas emission in the roadway during uncovering coal blasting， at the same time， the coal blasting is carried out by exposing the coal with ultra short pilot tunnel to realize the safe fast uncovering the coal.
【关键词】超短导硐；水力冲孔；快速揭煤
【Keywords】 ultra short boring tunnel； hydraulic punching； quick coal uncovering
【中图分类号】TD713.3 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）08-0181-03
1 引言
中马村矿属煤与瓦斯突出矿井，可采煤层为二迭系山西组二1煤，平均厚度为5.15m，煤层瓦斯含量为4.73～36.65m3/t，瓦斯压力为0. 29～1.55MPa，相对瓦斯涌出量为33.1m3/t， 绝对瓦斯涌出量为43.7m3/min，建井以来共发生26次煤与瓦斯突出，始突标高-46m。
中马村矿受煤层中高含量瓦斯制约，矿井生产接替困难，煤矿揭煤工作技术环节多，耗费时间长，如果能创新揭煤技术，能提高瓦斯治理效果、缩短揭煤所需时间，将对矿井采掘抽平衡起到重要意义。
2 揭煤工作面概况
中马村矿29东工作面位于29采区东翼。北起东大巷，南至-250流水巷，西临29东翼采空区，东接211采区边界。
29东工作面主采二1煤层，工作面设计标高-120～-220m。该工作面地质构造较简单，总体呈单斜构造，煤层倾角平均14°，29东工作面回风巷区域存在煤层分叉、夹矸现象，二1煤层分叉现象主要集中在工作面中、上部区域，下分层煤发育赋存稳定，揭煤处巷道下距二1煤下分层煤5m，二1煤下分层煤厚0.2m，二1煤上分层煤厚5.0m，二1煤上、下分层煤间距10m。29东工作面回风巷煤层原始瓦斯压力0.9MPa，原始瓦斯含量为14.11m3/t，为煤与瓦斯突出危险区，该区域揭煤前必须采取有效的防治煤与瓦斯突出措施。
3 揭煤方案
3.1 揭煤巷道设计
从29东工作面回风底抽巷开口后，向上起坡做揭煤巷道，岩柱≤5m时，每班掘进前必须打探眼以便准确掌握距煤层底板的法线距离，岩柱≤3m时，更换支护方式，采用锚喷+工钢支护，直至揭煤导硐。3m岩柱至揭煤导硐掘进期间，必须采取短掘短支，循环进尺不能超过1m，顶部（顶板以下0. 5m范围内）炮眼不装药或少装药，放炮后采取人工裁支成形并及时支护。（图1）
3.2 揭煤导硐设计
根据中马村矿以往揭煤经验，导硐长度一般在8m以上，本次揭煤试验导硐长度为4m。
工作面距煤层法向距离2m处开始掘揭煤导硐。顶板采用锚索配合金属网+木点柱支护。锚索布置：1500×1000mm，锚索锁具上部褙200×200mm方木。木点柱规格：Φ180mm×（1.8-2.5m），木点柱距两帮距离为300mm，喷厚50mm。巷道两帮采用锚网支护，锚杆布置：800×800mm，锚杆规格：Φ20×2400mm，高强度阻尼锚杆。锚杆锚固力不低于170kN，锚杆扭矩力不低于200N.m。
4 区域综合防突措施
4.1 区域防突措施
4.1.1 底板穿层钻孔预抽防突措施
在29东工作面回风底抽巷设计穿层钻孔预抽揭煤区域煤层瓦斯，钻孔控制揭煤工作面巷道上帮30m，下帮30m。钻孔设计16组347个，总孔深13138.8m，其中煤孔段2572.4m（上分層煤孔段2185.4m，下分层煤孔段387m），岩孔段10566.4m。
4.1.2 水力冲孔技术
水力冲孔防突措施是指在岩巷施工穿层钻孔，在岩柱的掩护下，使用高压水射流冲击钻孔周围的煤体，冲出大量的煤体和瓦斯，形成孔洞。在地应力的作用下，孔洞周围的煤体向钻孔方向移动，使孔洞附近煤体卸压，同时释放大量瓦斯，大幅度增加孔洞周围煤体的透气性，另一方面湿润了煤体，减小了煤体的脆性，增加了可塑性，降低了煤体内部的应力集中，增加了防止煤和瓦斯突出的能力，有效地提高了抽放效果，起到综合防突的作用[1-5]
采用BRW200/31.5型乳化液泵，公称容积：1600L；公称压力：31.5MPa，流量200L/min。连接管采用内径φ25mm、耐压32MPa高压胶管将液压管路与钻杆尾端连接，连接处使用U型卡，钻杆与钻杆连接处填塞尼龙绳，用牙钳上紧，以减少漏水量，钻杆末端安装压力表，要求冲煤压力不小于15MPa。按照设计位置及角度开孔，穿过煤层后，更换为冲孔钻头（Φ2mm），边退边冲，退至见煤位置，边进边冲，如此循环反复，主冲钻孔冲至孔内流出清水，冲不出煤为止，主抽钻孔冲煤时间不小于1个小时。 在29東工作面回风底抽巷对应揭煤位置施工穿层钻孔346个，穿层钻孔共冲出煤量1413.5t，平均单孔冲出煤量约4.08t，约占钻孔影响范围内煤炭储量的2.3%。
4.2 区域防突措施效果检验
在29回风巷揭煤区域取煤样测定残余瓦斯含量13个，所测含量为2.5～4.26m3/t，且在测试过程中未发现喷钻、卡钻、顶钻等异常情况。
4.3 区域验证
揭煤工作面分别在岩柱5m、岩柱1.8m揭煤导硐掘进前、揭煤导硐掘进后揭煤爆破前进行区域验证。采用钻屑瓦斯解吸指标法进行验证。
5 揭煤作业
5.1 揭煤炮眼施工
炮眼采用岩孔，根据矿井其他地区揭煤经验及该地区实际情况，共设计6列9排54个炮眼，列间距0.6-1.1m，行间距0.5m，第9排布置在距导硐端头0.2m处，炮眼深度1.2-1.3m。采用分区爆破，Ⅰ区1-18#炮眼为掏槽眼，采用1段管起爆，Ⅱ区19-36#炮眼用2段管起爆，Ⅲ区37-54#炮眼用3段管起爆。装药联线方式：采用乳胶炸药和毫秒电雷管，装药方式采用正向爆破，装药后所余炮眼长度全部用黄土炮泥充填。爆破网络采用每个炮眼内并联、每2列18个炮眼内串联，最后3组再并联的方式。 （详见图3～图4）
5.2 揭煤效果
震动爆破使用炸药39.2kg，电雷管108发，爆破网络总电阻21.6欧。2016年5月25日上午9：55实施震动爆破，炮后甲烷传感器显示最大值为0.94%。现场观察，一次揭开煤与瓦斯突出煤层，煤层下部约垮落3m，爆破揭煤效果良好。
6 结语
①水力冲孔消突效果显著。揭煤区域穿层钻孔采用液压泵进行水力冲孔，平均单孔冲出煤量约4.08t，约占钻孔影响范围内煤炭储量的2.3%，大部分钻孔初始浓度在70%以上，区域措施效果检验、区域验证均无超指标现象，经抽采后煤层快速消除突出危险性，炮后瓦斯浓度仅为0.83%。
②减小工程量，安全系数高。该揭煤导硐首次采用超短导硐，较焦煤公司以往揭煤导硐短4～6m，不仅减小了巷道工程量，缩短了工期，而且降低了施工揭煤导硐存在的顶板冒落的风险。
③揭煤周期短，效率高。水力冲孔快速消突技术及超短导硐揭煤技术的应用，使施工抽采钻孔到揭开煤层用时10个月，较原有揭煤作业周期提前4～6个月，为矿井生产接替赢得了时间。
【参考文献】
【1】于不凡，王佑安. 煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].修订版. 北京：煤炭工业出版社，2005.
【2】林柏泉，崔恒信. 矿井瓦斯防治理论与技术[M]. 徐州：中國矿业大学出版社，1998.
【3】薛胜雄，黄汪平，陈正文，等. 高压水射流技术与应用[M].北京： 机械工业出版社，1998.
【4】敬复兴，赵新杰，原世腾.中马村矿水力冲孔消突技术研究与应用[J].中州煤炭，2013（11）：6-7.
【5】李家彪，刘明举，赵发军.水力冲孔在新义矿瓦斯抽放中的应用[J].煤炭工程，2011（7）：36-38.