在理論研究分析指導(dǎo)下，結(jié)合工業(yè)試驗(yàn)，研究了嚴(yán)重煤與瓦斯突出煤層巷道掘進(jìn)防突技術(shù)。通過(guò)理論研究和工業(yè)試驗(yàn)，確定了水力掏槽新掘進(jìn)防突措施，并提出了適合焦作礦區(qū)的防突措施參數(shù)，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了水力掏槽防突措施的有效性：適應(yīng)性和安全性。研究結(jié)果表明：水力掏槽防突措施是高壓水通過(guò)水槍產(chǎn)生高流量的穩(wěn)定射流破碎前方煤體形成槽硐，槽硐周?chē)后w得到充分卸壓，釋放出大量瓦斯，煤體物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。當(dāng)卸壓槽具有足夠面積時(shí)，在巷道周?chē)纬尚秹汉团欧磐咚沟拿簬?，解除突出危險(xiǎn)性。2000米嚴(yán)重突出地區(qū)巷道掘進(jìn)表明，正常掘進(jìn)期間未發(fā)生一次突出，巷道安全掘進(jìn)速度提高2倍以上；采區(qū)水力掏槽防突措施每米掘進(jìn)進(jìn)尺的防突措施時(shí)間是超前排放鉆孔防突措施的1／14，是注水防突措施的1／7，有效緩解了采掘接替緊張局面，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。關(guān)鍵詞煤與瓦斯突出；水力掏槽；防突：高壓射流；概述焦作礦區(qū)具有百年開(kāi)采歷史，開(kāi)展瓦斯災(zāi)害防治研究將近五十年。集團(tuán)公司現(xiàn)有5對(duì)生產(chǎn)礦井，皆為突出礦井。近年來(lái)，隨著礦井開(kāi)采深度逐漸增大，煤層瓦斯含量高、透氣性差、突出危險(xiǎn)性十分嚴(yán)重，頂分層煤巷掘進(jìn)主要采取超前排放鉆孔配合邊掘邊抽和中高壓注水防突措施，但煤巷掘進(jìn)速度平均每月只有45～60余米，采煤工作面1300m巷道至少需要掘進(jìn)兩年，采掘比例嚴(yán)重失調(diào)。為保證采掘平衡，一個(gè)采煤工作面至少要配4～6個(gè)掘進(jìn)工作面，一個(gè)突出煤巷掘進(jìn)區(qū)隊(duì)同期至少有4個(gè)掘進(jìn)工作面才能保證掘進(jìn)的順利進(jìn)行，造成巷道掘進(jìn)成本居高不下。有些突出嚴(yán)重的工作面，如九里山礦15011工作面掘進(jìn)期間連續(xù)發(fā)生大強(qiáng)度突出，自1998年3月份開(kāi)始掘進(jìn)至2004年7月份共76個(gè)月掘進(jìn)1900m，月平均掘進(jìn)進(jìn)尺為25m；朱村礦25051工作面運(yùn)輸巷兩頭對(duì)掘，連續(xù)6個(gè)月平均進(jìn)尺只有13.2m／月。

　　1.概述

　　焦作礦區(qū)具有百年開(kāi)采歷史，開(kāi)展瓦斯災(zāi)害防治研究將近五十年。集團(tuán)公司現(xiàn)有5對(duì)生產(chǎn)礦井，皆為突出礦井。近年來(lái)，隨著礦井開(kāi)采深度逐漸增大，煤層瓦斯含量高、透氣性差、突出危險(xiǎn)性十分嚴(yán)重，頂分層煤巷掘進(jìn)主要采取超前排放鉆孔配合邊掘邊抽和中高壓注水防突措施，但煤巷掘進(jìn)速度平均每月只有45～60余米，采煤工作面1300m巷道至少需要掘進(jìn)兩年，采掘比例嚴(yán)重失調(diào)。為保證采掘平衡，一個(gè)采煤工作面至少要配4～6個(gè)掘進(jìn)工作面，一個(gè)突出煤巷掘進(jìn)區(qū)隊(duì)同期至少有4個(gè)掘進(jìn)工作面才能保證掘進(jìn)的順利進(jìn)行，造成巷道掘進(jìn)成本居高不下。有些突出嚴(yán)重的工作面，如九里山礦15011工作面掘進(jìn)期間連續(xù)發(fā)生大強(qiáng)度突出，自1998年3月份開(kāi)始掘進(jìn)至2004年7月份共76個(gè)月掘進(jìn)1900m，月平均掘進(jìn)進(jìn)尺為25m；朱村礦25051工作面運(yùn)輸巷兩頭對(duì)掘，連續(xù)6個(gè)月平均進(jìn)尺只有13.2m／月。

　　焦作礦區(qū)現(xiàn)采用的防突措施雖然可以有效解除掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性，但是措施施工時(shí)間長(zhǎng)，有效掘進(jìn)時(shí)間短，導(dǎo)致掘進(jìn)速度緩慢和嚴(yán)重的集中生產(chǎn)現(xiàn)象，為安全生產(chǎn)埋下重大隱患。因此，探索適應(yīng)嚴(yán)重突出煤層條件的綜合防突技術(shù)，在保證安全的前提下大幅度提高掘進(jìn)速度，已成為緩解采掘緊張局面、改變礦井經(jīng)濟(jì)與安全面貌的當(dāng)務(wù)之急。

　　2.水力掏槽措施防突機(jī)理研究分析

　　水力掏槽措施實(shí)質(zhì)就是外力在較短時(shí)間內(nèi)破壞煤體的原有平衡穩(wěn)定狀態(tài)，部分煤體破碎被沖出，槽洞周邊煤體向外發(fā)生位移，促使所受應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，有效應(yīng)力降低，并釋放大量瓦斯的過(guò)程。

　　水力掏槽措施的過(guò)程就是高壓射流破碎煤體、釋放大量瓦斯、改變改善煤體應(yīng)力狀態(tài)的過(guò)程。煤體的破壞首先是高能量的高壓射流破碎煤體，形成直徑較小的槽孔；然后在煤體瓦斯壓力梯度和射流殘余能量反射的作用下破碎孔周?chē)拿后w，形成大直徑的槽孔；而槽孔上部煤體由于穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，在水力和重力的作用下充分垮落，形成近似矩形槽硐。煤體在掏槽期間是漸進(jìn)的被破碎，煤體的應(yīng)力和瓦斯?jié)撃芤彩菨u進(jìn)的釋放，掏槽過(guò)程中排出了大量瓦斯和一定數(shù)量的煤炭，因此在煤體中形成一定的卸壓、排放瓦斯區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，破壞了突出發(fā)生的基本條件，起到有效防治或抑制突出的效果。圖1是通過(guò)ANSYS數(shù)值模擬，槽孔底部的煤體和頂板發(fā)生了位移，位移模式分別為底部煤體鼓起和頂板下沉。

　　在地應(yīng)力作用下，煤層具有塑性變形位移流動(dòng)的特征，即流變性能。掏槽期間，掏出了很大的孔洞，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)孔洞的體積明顯減小，甚至被周?chē)后w的位移所充填。煤體位移的作用緩慢地由孔洞壁向周?chē)后w傳播，也就不斷地?cái)U(kuò)大了掏槽的卸壓排瓦斯范圍，掏槽時(shí)和掏槽后的瓦斯排放量可達(dá)掏槽有效影響區(qū)域內(nèi)瓦斯總量50％左右.預(yù)防突出效果顯著。圖2是焦作礦區(qū)突出煤層排放措施孔硐面積(通常為圓孔硐)與瓦斯有效排放影響半徑關(guān)系曲線圖．

　　理論研究與分析表明：水力掏槽措施在提高煤體透氣性、改善煤層應(yīng)力狀態(tài)以及措施后煤體物理性質(zhì)變化都具有非常積極的影響，對(duì)突出的防治具有針對(duì)性和可行性。