利用頂板高位巷治理特厚煤層綜放開采瓦斯超限

石 康

(大同煤礦集團 四老溝煤礦，山西 大同 037003)

大同礦區石炭系C3-5號煤層厚度達14～20 m，屬于特厚煤層，上部賦存有多個不可采煤層，開采方式為一次采全高綜放開采，生產過程中具有采高大、開采強度高、回采率低、采空區遺煤多、頂板破壞嚴重且范圍大等特點。雖然該煤層相對瓦斯涌出量較小(為0.5～0.7 m3/t)，但絕對瓦斯涌出量卻達到50～100 m3/min，因此相比以往的特厚煤層分層開采方式，采用一次采全厚綜放開采的瓦斯治理更加復雜，具體體現在：開發強度大造成絕對瓦斯涌出量激增；采場空間大造成采空區的瓦斯涌出量大；礦壓顯現強烈造成瓦斯涌出不均衡。利用傳統的“U”型通風不能解決瓦斯超限的問題，因此提出了采用頂板高位巷引排鄰近煤層瓦斯，通過在某礦的工程實踐，取得了良好的瓦斯引排效果[1-4]。

1 頂板高位巷原理

工作面采空區受采動影響，形成豎“三帶”，即冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶，從而造成采場圍巖松動，對賦存在煤巖中的瓦斯產生卸壓作用。頂板高位巷沿著特厚煤層頂板掘進，直至工作面切巷附近上方。工作面初次來壓后，頂板高位巷與采空區導通，此時積聚于采空區上方冒落帶的瓦斯被引排至頂板高位巷，隨著工作面不斷推進，開采擾動致使采場上覆煤巖不斷形成新的裂隙帶，使得工作面前方煤巖體中的瓦斯得到充分釋放，受浮力作用，瓦斯上移集聚，進入頂板高位巷。位于后部刮板輸送機和上隅角的瓦斯，基本上都積聚在上方冒落帶和裂隙帶中，在負壓作用下，積聚的瓦斯進入頂板高位巷。因而頂板高位巷引排瓦斯具有良好的理論基礎和可行性，頂板高位巷布置示意見圖1。

2 工程背景

2.1 工作面概況

選取某礦C3-5號層8341工作面作為試驗面，8341工作面走向長2 800 m，傾向長231.5 m，煤層平均厚度18 m，煤種為氣煤，埋深深度為480 m，煤層頂底板情況見表1。工作面采用三巷布置：①膠帶巷斷面為矩形，斷面尺寸為5.3 m×3.4 m，支護方式為錨桿+錨索+鋼帶+金屬網聯合支護，巷道沿煤層底板掘進，主要功能是運煤、進風，巷內布置膠帶機、轉載機、破碎機、設備列車等；②回風巷斷面為矩形，斷面尺寸為5.1 m×3.4 m，支護方式為錨桿+錨索+鋼帶+金屬網聯合支護，巷道沿煤層底板掘進，主要功能是運輸物料和人員、通風；③頂板高位巷斷面為矩形，斷面尺寸為3.8 m×3 m，支護方式為錨桿+錨索+鋼帶+金屬網聯合支護，巷道沿煤層頂板掘進，水平投影內錯回風巷20 m。

2.2 頂板高位巷布置依據

為了起到很好的引排效果，頂板高位巷應布置于采空區裂隙帶，這是由于采空區裂隙帶透氣性好，瓦斯積聚豐富，且濃度高。將頂板高位巷布置于煤層上方，與采空區導通后，瓦斯更易于進入頂板高位巷。依據大同礦區石炭系C3-5號層煤巖賦存地質條件，頂板高位巷距回風巷的水平投影距離宜選在18～22 m之間，如果水平距離不足18 m，巷道內會發生嚴重漏氣；如果水平距離超過22 m，頂板高位巷與采空區導通位置不在瓦斯富集區內，引排效果較差。

表1 煤層頂底板情況

3 應用效果

8341 工作面在高位巷未與工作面導通前，回風巷道上隅角的瓦斯濃度較高，最高可達到 3%，遠大于規程規定的要求。8341工作面頂板高位巷與工作面導通后，在引排負壓作用下，大量的瓦斯通過高位巷被引排排出，上隅角及采面的瓦斯大大降低，最高瓦斯濃度僅為 0.57%，有效消除了工作面上隅角瓦斯超限與回風流瓦斯超限的隱患，見圖2。通過對導通后的高位巷進行近10 d瓦斯觀測，數據顯示高位巷最大抽排瓦斯量 61 m3/min，平均抽排瓦斯量 35 m3/min，對抽排采空區瓦斯具有明顯效果。

圖2 頂板高位巷導通后上隅角和回風流中瓦斯濃度變化曲線

通過觀測8341工作面頂板高位巷的引排效果可得出：①工作面瓦斯涌出量和瓦斯引排量隨工作面開采推進度有關，開采速度越快，瓦斯涌出量越大。因此，貿然提高工作面產量可能造成工作面上隅角瓦斯激增甚至超限，在綜合考量工作面回風及瓦斯引排能力的基礎上才可進行增產。②頂板高位巷只有在工作面初次來壓以后，即高位巷與采空區導通，才能進行瓦斯引排，因此，在工作面初次來壓前，必須采取控制瓦斯的其他安全措施，防止初采期間的瓦斯超限。

4 結 語

1) 頂板高位巷引排采空區瓦斯是解決特厚煤層綜放開采瓦斯超限的有效措施。該方法施工安全簡便，特別適用于低透氣性高瓦斯煤層綜放開采，推廣應用價值高。

2) 頂板高位巷能否取到較好的引排效果，關鍵是巷道要布置在瓦斯富集且濃度高的裂隙帶內。

3) 頂板高位巷布置在靠近回風巷一側，可及時引排積聚在后部刮板輸送機和上隅角上方冒落帶和裂隙帶中的瓦斯，有效防止上隅角的瓦斯超限。