突出煤層下分層放頂煤開采研究與應用

馬振通

（中國平煤神馬集團，河南 平頂山 467000）

放頂煤開采適用于煤層厚、沒有突出危險的煤層，隨著煤炭資源開采程度和開采技術的發展，為減少突出煤層分層開采長期、重復投入[1]，對突出礦井的厚煤層進行放頂煤開采技術進行研究非常必要。本文通過對突出礦井厚煤層下分層進行綜采放頂煤的研究應用，總結相關經驗。

1 概況

方山煤礦二1-11042工作面位于下山采區西翼，屬二1-11041工作面的下分層，開采二1煤層，下分層煤厚為5～8m，煤層賦存相對穩定，煤層傾角14°，設計可采走向長850m，采長130m，可采儲量80萬t，埋深為479～610m。二1煤層直接頂板為泥巖或砂質泥巖，基本頂為中粒長石石英砂巖，屬不穩定巖層，部分地段有偽頂，厚度小于0.50m，易于垮落。直接底板以砂質泥巖為主，次為粉砂巖，也屬不穩定巖層，基本底多為粉砂巖，偶為砂質泥巖或細粒砂巖。

二1-11042工作面經過上分層開采，其煤層偽頂及直接頂隨開采推進直接垮落，頂板屬再生頂板，煤層頂板壓力穩定，二1-11042工作面在放頂煤開采期間，再生頂板易于垮落，適合放頂煤開采。

2 工作面瓦斯消突評判

方山新井二1煤層為突出煤層。二1-11041工作面在回采前按照規定對工作面進行了瓦斯抽采，采面共完成預抽孔1494個，有效鉆尺184720m。噸煤鉆孔量為0.109m，超過較難抽放厚煤層噸煤鉆孔量大于0.03m/t的要求。二1-11041采面共完成瓦斯抽放量4218064.2m3，瓦斯預抽率達到32.96﹪。

經上分層工作面開采后，二1-11042采面布置在上分層內部卸壓區域，機巷內錯二1-11041機巷19.5m，風巷內錯15.5m，切眼內錯14.5m（圖1所示），二1-11041采煤工作面的回采對二1-11042采煤工作面起到卸壓保護效果[2]。上分層開采后煤層應力重新分布，在工作面利用DGC瓦斯實驗儀器測得最大殘余瓦斯含量5.93m3/t，小于規定瓦斯含量6.0m3/t。在回采前工作面進行了消突評判，沿工作面走向方向每隔45m施工一個鉆孔，對工作面進行區域效果檢驗，其檢驗效果均合格。

圖1 二1-11042工作面與二1-11041工作面平面關系

3 工作面開采安全

3.1 回采工藝及裝備

二1-11042采煤工作面平均煤厚約7m，經論證采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤開采[3-5]。選用ZFY5000/16/26型掩護式放頂煤液壓支架和ZFG6000/16/30H放頂煤過渡液壓支架，全部垮落法處理采空區。采煤機選用MG200/456-QWD，工作面運輸機前部選用SGZ764/500,后部運輸機選用SGZ630/320。

3.2 回采安全管理

（1）工作面采放比嚴格控制在1:3范圍內，工作面采2.3m， 采取分段放煤的工序，不得超放。

（2）工作面在初次回采期間，工作面支架出切眼3m后方可進行放頂煤，兩端頭4m范圍內嚴禁放煤。

（3）嚴格放煤工序，加強聯網質量，控制放煤量，合理確定采放工序，觀察煤壁情況，出現矸石時停止放煤。

（4）生產期間加強工作面礦壓觀測，包括對綜采支架初撐力、阻力觀測，兩巷超前支護范圍內超前支架、單體液壓支柱初撐力、阻力觀測以及支護質量動態監測，發現異常，及時分析應對。

3.3 回采瓦斯管理

（1）利用礦井現有的抽放系統，在工作面回風巷至上隅角鋪設瓦斯抽放管路，加強工作面上隅角的瓦斯檢查監測，瓦斯濃度達到0.8%以上時，對工作面上隅角進行瓦斯抽放[6-7]。

（2）工作面遇到厚煤層或瓦斯異常構造帶時，在風巷動壓區距切眼上口30m范圍內巷道下幫上部，施工高位抽放孔。抽放孔孔徑93mm，深度60m，仰角為10°，終孔位置落底在支架前方煤壁上方的頂板巖石裂隙帶內，距上出口水平距離約45m左右（如圖2所示），鉆孔沿風巷向外，每3m一個鉆孔，下套管后進行封孔，對煤壁支架上方和煤壁前方頂板裂隙內積存的瓦斯進行抽放。隨著工作面的向前推進，鉆孔進入工作面支架上方，然后進入采空區報廢。

圖2 上風巷高位抽放鉆孔位置示意圖

（3）加強生產期間的通風管理，保證機、風巷及切眼內的通風斷面，每循環過后，及時在上、下隅角打封堵墻，封堵墻要求同切頂線齊、接頂接底、封嚴堵實、杜絕漏風。

（4）加強瓦斯檢測監控管理，在回風巷里段和外段規定位置設置2臺甲烷傳感器、一臺風速傳感器、一臺CO傳感器、一臺溫度傳感器，生產期間在上隅角懸掛便攜式甲烷檢測儀。采面生產時，若發現瓦斯異常，立即放慢或停止落煤和放煤工作，查明原因，采取可靠措施處理。

4 應用效果

方山煤礦突出煤層在下分層二1-11042綜采放頂煤工作面消突后的安全回采，改變了突出煤層只能用傳統分層開采的認識，提高了礦井回采率和萬噸掘進率，工作面平均月產達7.5萬t，提高了安全經濟效益。但在突出煤層下分層消突后，采用放頂煤仍然比普通煤層放頂煤困難得多，以下幾個方面需要注意：

（1）二1-11042綜采放頂煤工作面，是在該區域煤層執行完區域防突措施，進行消突評價合格，并且在上分層安全回采后，下分層區域得到完全的卸壓解放，各項指標符合要求的前提下進行的放頂煤，前提是消突工作必須充分、到位，要多措并舉，充分解放煤層。

（2）生產前要做好預防措施，二1-11042工作面初采初放期間，頂板應力集中，瓦斯濃度也曾超過報警值，工作面進行了上隅角抽放，保證了初采順利進行。在后來的生產過程中，遇到瓦斯含量高的區域，隨時進行抽放，保證安全生產。

（3）在生產期間遇到2段厚度8m的煤層，采面瓦斯含量明顯增大，在進行上隅角抽放的同時，工作面實施了風巷動壓區高位鉆孔抽放。由于是下分層開采，頂板屬于再生頂板，裂隙發育充分，瓦斯賦存量大，在頂板破碎巖石中抽放對采面瓦斯治理起到了很好的作用。

（4）嚴格放煤管理，加強對職工的培訓教育，熟悉掌握采面瓦斯、頂板等異常現象特征，嚴格落實所制定的放煤制度，遇到瓦斯異常時，及時采取必要措施，嚴禁盲目放煤。

5 結語

突出煤層放頂煤開采雖然在全國很多煤礦都得到應用，但在實際開采過程中仍然難度較大，危險系數相對較高，需要進一步探索。通過總結方山煤礦突出煤層下分層安全開采的措施和經驗，為類似條件下的安全開采，提供了一個新的解決方案。