高瓦斯矿井大断面巷道掘进技术研究
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摘 要：巷道掘进是煤矿工作的基础内容，受到不同环境影响，该项工作较为重视安全性和效率。基于此，本文以高瓦斯矿井大断面巷道掘进面临的问题作为切入点，予以简述，再以此为基础，论述可行的巷道掘进技术，重点分析综合支护以及瓦斯抽放，并结合工程实例对上述理论进行说明，为后续工作的优化提供参考。
关键词：高瓦斯矿井;大断面巷道;掘进技术;瓦斯抽放
按我国现行标准，矿井中只要有一个煤层/岩层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井，高瓦斯矿井的定义更为精细，瓦斯涌出量高于10m3/t（或40m3/min）、掘进工作面、采煤工作面瓦斯涌出量高于3m3/min、5m3/min，均属高瓦斯矿井，该类矿井大断面巷道掘进危险系数高、效率较低，就掘进技术进行分析十分必要。
1 高瓦斯矿井大断面巷道掘进面临的问题
1.1 安全问题
高瓦斯矿井的各环节作业都面临安全问题的威胁，就大断面巷道掘进工作而言，包括瓦斯大量涌入巷道、煤层瓦斯聚集区内外压力骤然变化等。瓦斯涌入巷道的情况，多见于巷道掘进的过程中，因断面较大，掘进时导致煤层暴露，巷道周边的瓦斯，可通过空隙快速进入掘进的巷道中，浓度超过5%，或混合气体中氧的浓度不低于12%，均可能发生爆炸[1]。瓦斯内外压力的变化一般因施工扰动导致。瓦斯在煤层中是流动的，如果空间相对封闭，则存在压强较大的问题，施工作业中，大断面巷道可能产生裂缝，也可能单纯因煤层等阻碍物过薄，瓦斯会持续进入巷道，逐步聚集，诱发安全问题。
1.2 工作效率问题
大断面巷道作业中，瓦斯浓度较高或者分布上不均匀、不规律，都会影响巷道的开口和掘进，需要反复进行甄选，掘进时也要求做好瓦斯浓度分析、捕捉动态数据，效率相对不高。同时，大部分矿井在进行大断面巷道掘进时，采用的是局部通风方式，在掘进作业进行之处，空气中的氧气量和瓦斯浓度相对理想，安全性高，随着掘进作业的持续深入，通风扇难以保证空气置换的高效率，大断面巷道掘进深度越大，空气中的瓦斯浓度往往越高，此时为避免瓦斯富集导致人员呼吸受限和安全隐患，需要降低掘进速度，工作效率也因此受到影响[2]。
2 高瓦斯矿井大断面巷道掘进技术
2.1 瓦斯抽放
针对高瓦斯矿井作业危险程度高的问题，各地普遍采用瓦斯抽放的方式进行应对，在大断面巷道掘进工作中，抽放技术的应用由来已久。考虑到煤层、岩层以及瓦斯分布的复杂性，建议采用对比法进行瓦斯抽样效果的优化。可在巷道工作区域附近选取一个标准抽放孔A，另在A孔周围选取2-3个测试孔，设为1、2、3号孔，测试孔均匀分布于标准孔的不同方向，呈圆弧状，1号孔与A孔的距离为3m，2号孔增加0.5m，距离A孔3.5m，3号孔再增加0.5m，距离A孔4m。标准孔和测试孔处均放置气流监控仪。完成打孔后，同时开放四个孔，测试瓦斯瞬间涌出量和衰减系数，选取气流衰减最快的测试孔，获取其与标准孔之间的距离，在巷道大断面周边进行打孔和瓦斯抽放，可保证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，也可以利用软件进行模拟，分析可行的瓦斯抽放方案。
2.2 巷道支护
巷道支护技术是保证高瓦斯矿井大断面巷道掘进安全的基础措施。在各类巷道的掘进过程中，对煤层、岩层的扰动均不可避免，大断面巷道掘进作业中，这种影响尤为明显。要求共同综合支护技术提供保障，综合支护包括两侧和顶部共两大部分。顶部支护一般选用强度较高的钢合金锚杆，以80-90cm為间隔在巷道内地面持续布设，锚杆延伸至矿井顶部，之后以15-20°夹角向顶部挖去，设置金属网和钢筋梁进行顶部加固，必要时可额外于顶部锚杆转弯处加设若干锚杆，以螺栓或焊接方式进行加固。两侧的支护仍以螺纹钢锚杆为主，要求与地面保持垂直，以90-110cm为间隔，持续布设于巷道两端，利用高分子材料进行地面部分处理，使锚杆与地面连接稳固。应用金属网进行附加部分的加固和焊接，应用锚杆托板使所有锚杆处于理想位置和水平线处，避免受力不均问题。
2.3 工程实例分析
2018年6月，某地煤矿进行薄煤层开采，拟采用大断面巷道掘进技术。开采前，技术人员探明矿井为瓦斯矿井，进一步分析发现，该矿井观测孔瓦斯涌出量为11.6m3/t，绝对涌出量达到48.6m3/min，满足高瓦斯矿井标准。为保证开采安全性和作业效率，矿方决定通过瓦斯抽放和检测、巷道支护等技术作为辅助。
瓦斯抽放方面，采用对比分析法，应矿井地形相对并不复杂，设置了一个标准孔和三个测试孔（编为1号、2号、3号孔），基础孔距为2.8m，固定增加值为0.6m，1号孔与标准孔距离2.8m，2号孔与标准孔距离3.4m、3号孔与标准孔距离4.0m。经测定，2号孔孔距理想，瓦斯涌入衰减速度较快，确定以3.4m为孔间距进行瓦斯抽放。巷道支护上，采用合金螺纹钢作为主要材料，支护方案与上文相同。最终安全有效完成了巷道掘进。
3 总结
综上，现代煤矿生产活动对安全性要求高，高瓦斯矿井大断面巷道掘进也引发了广泛重视。该类巷道掘进面临瓦斯外泄富集、工作效率地下等问题，为保证工作质量，可推行瓦斯抽放和检测、巷道支护等技术措施。在工程实例中，技术人员采用对比分析法和综合支护，有效避免了瓦斯干扰，提升了掘进工作成效。
参考文献：
[1]张靖.浅谈无声破碎剂在高瓦斯矿井掘进巷道过构造期间的应用[J].能源环境保护，2017，31（03）：26-27.
[2]李志刚，孙博.高压注水抑制高瓦斯掘进工作面瓦斯涌出技术研究[J].煤，2017，26（04）：29-31+50.
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