切頂卸壓沿空留巷瓦斯和煤自燃防治技術探討

羅偉榮

（西山煤電(集團)有限責任公司安監局，山西 太原 030053)

近期興起的切頂卸壓無煤柱開采技術，由于不留煤柱，工作面推進速度快，提高了采區資源回收率，使礦井真正實現了高產、高效和集約化生產，經濟效益明顯提高［1］。采用并推廣沿空留巷無煤柱開采技術將是煤炭資源可持續發展的重要方向，在提高煤炭回收率的同時，也是解決煤礦重大災害事故的有效手段。但在采用沿空留巷技術時，留巷內的瓦斯涌出會造成回風巷內的瓦斯濃度增大，給工作面的瓦斯治理工作增加難度，給礦井生產帶來巨大安全隱患［2-3］。探討切頂卸壓沿空留巷工作面通風方式、瓦斯抽采、封堵采空區降低漏風，協調采空區瓦斯治理與防滅火關系等，對保證無煤柱回采工藝的成功應用具有借鑒意義。

1 工程概述

官地煤礦屬高瓦斯礦井。12605工作面位于+1051水平南六采區皮帶巷東南側，開采2#煤層。2#煤層厚度0.4～2.6 m，平均2.27 m，煤層傾角為1°～9°，平均5°。2#煤層為Ⅲ類不易自燃煤層，煤塵具有爆炸性。工作面東北側為12603已采面，與本工作面相距23 m，西南側210 m處為12607副巷（已與12605構成系統），見圖1。切眼東南側存在2#煤層小窯破壞區。正巷長度為931 m，切眼長度為220 m，均采用矩形斷面。巷道掘進坡度為4°～9°。

12605工作面采用綜合機械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板，回采時保留12605正巷作為接續面12607工作面的正巷。12605正巷留巷時以“切頂卸壓+恒阻大變形錨索支護”為主體的設計方案，通過預裂切縫爆破，在局部范圍切斷工作面頂板應力傳遞，減弱巷道頂板壓力，且預裂爆破能夠很好地保護巷道頂板完整性。

2 工作面通風系統優化

12605工作面原通風系統為：12605副巷進風，12605正巷、12607副巷回風的“U+L”型的通風系統，沿空留巷內為回風側，致使采空區漏風量較大。考慮多種實際因素，合理計算配備工作面供風量，改為12605工作面采用均壓（“W” 型）通風方式，即12605副巷、12607副巷進風，12605正巷回風（見圖1），有利于減少采空區氧化帶漏風量，減小壓差。回采期間必須加強12605工作面及周邊的通風設施的管理，合理布置通風系統，保證該面通風系統穩定可靠。

由于工作面供風量與采空區氧化帶的寬度呈二次函數關系，氧化帶的寬度和漏風強度隨供風量的加大而增大。所以，合理計算、配備工作面供風量成為防止采空區遺留浮煤產生自燃隱患的主要措施。12605工作面瓦斯涌出量為6.8 m3/min（其中瓦斯抽采量3 m3/min，風排瓦斯量3.8 m3/min），工作面配風必須滿足稀釋瓦斯的要求。經計算該工作面配風量為808 m3/min，12607副巷進風配風量為353 m3/min。為充分稀釋瓦斯同時綜合考慮防滅火因素，該工作面實際配風量為990 m3/min，12607副巷進風實際配風量為370 m3/min。

圖1 12605工作面切頂卸壓沿空留巷

3 工作面瓦斯抽采措施

工作面在切頂卸壓沿空留巷前已經施工了本煤層預抽鉆孔、頂板鉆孔、裂隙鉆孔治理工作面及采空區的瓦斯涌出，同時還結合回風隅角埋管措施治理工作面回風隅角的瓦斯涌出。

1）在采用切頂卸壓沿空留巷技術后，取消了回風隅角埋管抽采，采用沿空留巷預插管抽采空區瓦斯措施，見圖2。

前期在留巷施工過程中，在留巷墻體上每間隔10 m預留一2寸插管；插管要求距頂板0.3 m。在每一預插管上設置一個三通閘閥和瓦斯抽采參數觀測孔，沿空留巷預插管通過三通閘閥和瓦斯抽采參數觀測孔連接到留巷瓦斯抽采支管道上。為提高采空區插管抽采瓦斯效果和確保工作面的安全生產，要求在工作面回采過程中保持3～5個預插管進行同時抽放，且距工作面最近的預插管與工作面切眼的間隔不得超過10 m。其它采空區預插管的閘閥關閉，只有工作面瓦斯涌出量增大或瓦斯涌出異常時，通過控制沿空留巷內采空區預插管的抽采數量和閘閥開啟程度，控制采空區瓦斯抽采量和抽采瓦斯濃度。采空區抽放流量一般在為20～30 m3/min，瓦斯抽放濃度一般為3%，瓦斯抽采量在0.6～0.9 m3/min。

圖2 沿空留巷預插管抽采空區瓦斯

2）在工作面推進至600 m時，使用沿空留巷預插管抽采空區瓦斯措施已經不能有效地治理沿空留巷內的瓦斯涌出，造成12605正巷內的瓦斯濃度較大。因此，后期采取施工瓦斯抽采鉆孔的措施治理瓦斯，見圖3。

在12605正巷沿空留巷施工頂板瓦斯抽采鉆孔，開孔位置在巷道頂板，距采煤幫2 m，停采線以里10 m處布置第一個鉆孔，鉆孔間距為10 m，依次向工作面切眼布置施工。根據巖層情況結合鄰近工作面頂板孔瓦斯抽采鉆孔參數和抽采情況，鉆孔水平距定為10 m；每個鉆孔的終孔垂高取18 m（煤層厚度的10倍），方位角為35°（偏采煤幫），鉆孔傾角為55.9°，施工鉆孔孔深為22 m，鉆孔開孔直徑為113 mm，終孔直徑為94 mm。抽放流量一般在為30～50 m3/min，瓦斯抽放濃度一般為20%～30%，瓦斯抽采量在6～10 m3/min。

將新施工的瓦斯抽采鉆孔連入瓦斯抽采系統后，12605正巷內的瓦斯濃度得到了有效的控制，確保了工作面的安全生產。

圖3 沿空留巷頂板瓦斯抽采鉆孔布置

4 防治采空區自然發火

12605工作面開采的2#煤層雖然為不易自燃煤層，但由于該工作面回風巷，即12605正巷進行沿空留巷，作為12607工作面的正巷，12605沿空留巷與采空區相鄰，存在采空區漏風，導致采空區遺煤氧化，易引發采空區自然發火，并且在拆架期間工作面停滯不前，氧化帶長時間停留在同一區段內，使架后采空區浮煤有較充分的氧化時間，存在著復雜的漏風通道和充分的供氧條件，加快了氧化進程，浮煤氧化發熱蓄溫，散熱條件差，易引發采空區自然發火。因此，必須采取防滅火專項措施來解決上述問題，包括建立消防供水系統、自然發火預測預報系統、采空區防火灌漿系統、采空區注氮防滅火系統等。

4.1 降低采空區漏風

采空區漏風會使采空區內的瓦斯涌出到沿空留巷內，增大12605正巷內的瓦斯濃度，所以必須降低采空區漏風。采取以下針對性管理措施：

（1）工作面進風隅角頂板的錨索、錨桿，在進入采空區前必須及時退錨，保證采空區充分垮落，減小采空區空頂面積，并在進風隅角支架與煤幫之間必須每隔3 m采用垛袋方式進行封堵，減少采空區漏風。

（2）工作面沿空留巷內的穩定成巷區后，對留巷墻體進行噴漿，噴漿均勻致密，噴漿厚度不小于80 mm，尤其對墻體頂板連接處加強封堵，減少采空區漏風。

（3）噴漿凝固后，在原有墻體基礎上二次噴涂新型的“高強表固劑”進一步封堵墻體裂隙，防止采動影響下出現新的墻體裂隙增加采空區漏風。

4.2 防治采空區遺煤自然發火

為防止在抽采過程中發生采空區遺煤自燃，采取以下針對性管理措施：

（1）該面配備專職瓦斯檢查員，每天由瓦檢員按要求對該面的各防火點的各項防火指標進行檢查，主要檢查地點有：工作面進風流、工作面、12607切眼內、沿空留巷內距工作面10 m處、工作面回風流內；主要檢查內容有：CH4、CO、CO2、O2、氣溫、水溫等情況，要求每班必須檢查一次，并由通風部門做好相關記錄，每月進行一次總結分析。

（2）在12605工作面內沿空留巷內每隔50 m設置防火檢查點，每天由瓦斯檢查員負責檢查CH4、CO、CO2、O2、氣溫、水溫等情況，并將檢查結果記入手冊，并由專人負責做好相關記錄并每月進行一次總結分析。

（3）每7天對12605工作面進行一次取樣檢測，建立觀測臺賬，在沿空留巷內每隔50 m設置一個取樣觀測點，取樣地點為沿空留巷墻體上預埋至采空區的觀測孔（抽采管）內，監測自然發火標志性氣體情況，主要有CH4、CO2、CO、N2、O2、C2H2、C2H4、C2H6等。每月進行一次總結分析。

（4）12605工作面回采期間，每7天對工作面高、低濃抽采管路中的氣體取樣化驗，并每月對化驗結果進行對比分析。當CO濃度增加到20 PPm且持續增長趨勢，加大煤層自然發火標志性氣體監測頻率，采取對破碎煤體進行注水、注漿等防滅火措施，并開啟注氮泵，降低采空區氧氣濃度；當CO濃度大于300 PPm且快速升高，或出現C2H2氣體，應立即封閉工作面。

5 結語

切頂卸壓沿空留巷受巷道布置特點決定，不可避免的增加了采空區的漏風，再考慮到瓦斯抽采地點多、流量大，采空區的漏風情況更加復雜，易因漏風致使回風流瓦斯濃度增大、遺煤自燃，給通風管理工作帶來了巨大壓力。通過大量技術論證，采取多項有效的瓦斯治理和防滅火措施，取得了良好的效果，保證了無煤柱回采工藝在官地煤礦應用的成功。