突出煤層大采高工作面瓦斯綜合防治技術

賈建文

(山西孝義西山德順煤業有限公司，山西 孝義 032300)

東曲礦地處山西省太原古交市，隸屬于西山煤電集團公司，是一座年設計生產能力為500 萬t 的現代化大型礦井。因產量的逐年提升，原+973 m 單水平開采已不能滿足生產要求，決定與+860 m 水平同時開采。+860 m 水平8#煤平均厚度4.3 m，最高達到5.3 m，屬于大采高厚煤層開采，并且此8#煤層被鑒定為突出煤層，因此，該礦由低瓦斯礦井升級為突出礦井。28806 工作面是該礦升級為突出礦井后的首個大采高工作面，突出煤層大采高工作面的安全高效開采成為研究的重點。該礦采用具有東曲礦特色的符合突出煤層大采高工作面開采實際的瓦斯綜合管理技術，實現了礦井的安全高效回采。

1 工作面概況

28806 工作面8#煤厚2.80 ～3.50 m ，平均厚度3.20 m，8#上煤平均厚約0.7 m，局部位置有8#煤與8#上煤分叉，有1 ～3 層夾矸，夾矸厚0.0 ～1.0 m，平均0.5 m，工作面將8#煤及8#上煤一次全部回采，總厚度3.3 ～5.3 m，平均4.3 m.煤層傾角2° ～8°，平均傾角5°. 工作面工業儲量125.03 萬t，可采儲量116.28 萬t，回采率93%. 絕對瓦斯涌出量為40 m3/min，煤塵爆炸指數為18.68%. 采用“U”型通風系統，雙巷布置形式，軌道巷進風，皮帶巷回風。采用傾斜長壁后退式全部垮落綜合機械化采煤方法;回采工藝為:雙滾筒采煤機割煤(裝煤)→刮板運輸機運煤→拉移液壓支架支護頂板→推移刮板輸送機→采空區處理。

2 瓦斯管理技術

工作面采用風排、抽采及“兩個四位一體”的綜合瓦斯防治手段，上隅角采用強制放頂措施。根據東曲礦瓦斯涌出量預測報告，預計28806 工作面回采時絕對瓦斯涌出量為40 m3/min，預計抽采率為70%，抽采量為28 m3/min.預計本煤層抽采量為3 m3/min、高抽巷抽采量15 m3/min、低抽巷10 m3/min.

2.1 抽采系統

1)本煤層瓦斯抽采。

在28806 軌道巷、皮帶巷布置順層鉆孔，預抽本煤層瓦斯。距軌道巷42 m、皮帶巷30 m 開始施工鉆孔。所有鉆孔均垂直于煤壁施工，鉆孔傾角取+1° ～3°，故鉆孔長度為120 m，鉆孔開孔直徑113 mm、終孔直徑為113 mm，鉆孔間距確定為5 m. 預計回采期間，兩巷順層鉆孔抽采量:3 m3/min.

2)高抽巷抽采。

在28806 工作面頂板45 ～55 m、內錯皮帶巷21 m，布置1 條斷面積為8.89 m2的高抽巷。高抽巷采用密閉插管(D560 管)抽采。預計回采期間，瓦斯抽采量:15 m3/min.

3)低抽巷抽采。

在28806 低抽巷內布置9#煤順層鉆孔，對28806工作面下鄰近層進行本煤層瓦斯抽采。所有鉆孔均垂直于煤壁施工，鉆孔傾角取+1° ～－2°，鉆孔長度為210 m，鉆孔開孔直徑113 mm、終孔直徑為113 mm，鉆孔間距確定為5 m. 低抽巷采用巷道密閉插管(D560 管)抽采，預計回采期間，瓦斯抽采量:10 m3/min.28806 工作面抽采系統示意圖見圖1.

圖1 28806 工作面抽采系統示意圖

2.2 防突管理技術

根據中煤科工集團重慶研究院《東曲礦8#煤煤與瓦斯突出鑒定報告》(2013 年10 月)，8#煤層瓦斯基礎參數:原始瓦斯壓力最大為1.12 MPa，瓦斯放散初速度最大為15，堅固性系數最小0.34，煤的破壞類型為Ⅲ類。

2.2.1 區域綜合防突措施

1)區域突出危險性預測。

根據《西山煤電(集團)有限責任公司東曲礦8#煤層煤與瓦斯突出危險性區域預測報告》結論:切眼往回采方向253 m 區域內為突出危險區，從253 m 至停采線為無突出危險區。

2)區域防突措施。

在28806 軌道巷、皮帶巷布置順層鉆孔，在八采區邊界回風巷施工3 個鉆場，預抽回采區段本煤層瓦斯。距軌道巷42 m、皮帶巷30 m 開始施工本煤層鉆孔，所有鉆孔均垂直于煤壁施工，鉆孔傾角取 +1° ～3°，鉆孔長度為120 m，鉆孔開孔直徑113 mm、終孔直徑為113 mm，鉆孔間距確定為5 m.在八采區邊界回風巷施工3 個鉆場，其中2 個為澳鉆鉆場，孔深700 m，另一個為預抽區段本煤層瓦斯，孔深100 m.

3)區域措施效果檢驗。

區域措施效果檢驗采用測定預抽區域的殘余瓦斯含量的方法。檢驗前首先分析、檢查預抽區域內鉆孔的分布等是否符合設計要求，不符合設計要求的不予檢驗。

工作面在回采前以及回采過程中，在進、回風巷每間隔30 ～50 m，布置1 個區域檢驗測試孔，孔徑為76 mm，鉆孔深度為120 m.110 m 取樣測試瓦斯含量，每個鉆孔在施工過程中，利用DGC 型煤層瓦斯含量測量儀對鉆孔瓦斯含量進行檢驗。只要有一次瓦斯含量W≥8 m3/t，測試點周圍半徑100 m 范圍內即為突出危險區，繼續執行區域預抽;W ＜8 m3/t 以下，方可恢復生產。回采過程中區域效果檢驗見圖2.

圖2 區域效果檢驗圖

4)區域驗證。

區域效果檢驗W ＜8 m3/t 時，用局部預測預報的方法進行區域驗證。驗證方法采用鉆屑解吸指標法，在工作面中間范圍內(距機頭、機尾各15 m)打驗證孔進行驗證，該工作面從253 m 至停采線為無突出危險區，直接進行區域驗證工作。具體方案為:沿回采工作面每隔10 ～15 m 布置1 個驗證孔，孔徑42 mm，孔深8 ～10 m(盡量布置在軟分層中)，鉆孔平行于推進方向，共布置16 個鉆孔。當瓦斯解析指標K1值＜0.5 且鉆屑量S ＜6 kg/m，并已采取安全防護措施時，方可允許生產，工作面每推進6 ～8 m，利用上述方法進行區域驗證。K1值、鉆屑量S 有一項超過臨界值或鉆孔有突出預兆，則該區域在以后回采作業過程中執行局部綜合防突措施。區域效果檢驗見圖3.

2.2.2 局部綜合防突措施

東曲礦+860 m 水平28806 回采工作面采用鉆屑解析指標法進行局部突出危險性預測預報，規定K1＜0.5，S ＜6 kg/m 為無突出危險性。

圖3 區域效果檢驗圖

1)工作面突出危險性預測。

該工作面切眼往回采方向253 m 區域內為突出危險區，執行工作面突出危險性預測工作，預測預報鉆孔布置、數據測定方法和判斷標準與區域驗證一致。

2)工作面防突措施。

回采工作面煤層中部范圍，盡可能在軟分層上，每間隔5 m 布置1 個排放鉆孔，孔深15 m，孔徑75 mm，卸壓孔超前預留3 m.

3)工作面措施效果檢驗。

待排放鉆孔全部施工完畢后，用回采工作面預測預報的方法進行局部防突措施效果檢驗，效果檢驗孔沿工作面每隔15 m 布置1 個，孔徑為42 mm，孔深15 m.檢驗方法及判斷標準同預測中的評判方法和標準相同(K1值及鉆屑量預測)，效檢孔的深度應小于等于措施孔，檢驗孔距措施孔保持300 mm.合格后進行生產，否則不得生產。

4)安全防護措施。

工作面的安全防護措施有工作面避難所、壓風自救裝置、供水施救裝置和隔離式自救器。

2.3 上隅角瓦斯治理

因工作面直接頂為泥灰巖，老頂為石灰巖，隨著工作面的推進，兩個端頭不能及時垮落，懸頂面積遠遠超過規定值(10 m2)，導致上隅角瓦斯大量積聚，而瞬間垮落的同時，可能會出現瓦斯超限等事故，并且工作面處在突出區域，采用爆破強制放頂方式安全性差。因此，為保證安全，并能達到強制放頂的效果，減小懸頂面積，采用了高效膨脹劑進行預裂。

2.3.1 產品特性及特點

高效膨脹劑，又名無聲破碎劑，靜態爆破劑。破碎物體時不產生震動、噪音、飛石、粉塵及有毒氣體，屬無公害、環保型產品，不屬于易燃易爆物品，破碎效果穩定。其特點如下:

1)膨脹力大。最大膨脹力可達120 MPa.

2)反應時間可控，可控制在15 min ～12 h.

3)安全易管理。

2.3.2 上隅角強制放頂眼布置

在距巷道保護煤柱側500 mm 的位置順巷道方向及距切頂線2 500 mm 垂直于巷道方向每隔500 mm施工深度4 000 mm 直徑28 mm 的眼，每隔1 個眼裝入高效膨脹劑3 卷(每卷1 m)并用MCK2360 型藥卷進行封口。通過此方法，空眼有利于形成自由面，同時所有放頂眼形成了切頂線，在高效膨脹劑的作用下，實現了上隅角的安全強制放頂。上隅角放頂眼布置圖見圖4.

圖4 上隅角放頂眼布置圖

3 結 語

通過采用合理的抽采系統，完善的“四位一體”防突措施及無聲膨脹劑強制放頂等一系列瓦斯綜合防治手段，確保了東曲礦突出煤層突出區域的回采在安全低瓦斯狀態下進行，同時杜絕了堅硬頂板上隅角瓦斯積聚甚至超限等現象的發生，使工作面生產不受瓦斯的制約，能夠正規循環作業，保證了大采高工作面的產能，為礦井產量的提升奠定了基礎，為礦井的安全生產創造了良好的條件。