綜放工作面隅角懸頂二氧化碳?jí)毫逊彭敿夹g(shù)

秦曉偉

（山西高河能源有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100）

工作面隅角懸頂[1-2]極易引起瓦斯積聚，制約工作面安全生產(chǎn)，特別是對(duì)于高瓦斯礦井而言，懸頂?shù)陌踩[患更高。廣大工程技術(shù)人員對(duì)退錨、爆破放頂、水力壓裂等技術(shù)進(jìn)行了廣泛實(shí)踐，均取得一定成果[3-6]。采用二氧化碳?xì)庀嘀铝逊彭敿夹g(shù)處理隅角懸頂較少，其具有施工快捷、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，特別是對(duì)于工作面局部區(qū)域懸頂處理具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

1 工程概況

1.1 工作面情況

高河能源E2308 工作面為東二盤區(qū)工作面，北面為E2309 工作面，南面臨E2307 工作面采空區(qū)，西面接+450 m 水平北翼大巷。E2308 工作面切眼長(zhǎng)335 m，膠帶順槽全長(zhǎng)1255 m，與進(jìn)風(fēng)順槽相距285 m，與回風(fēng)順槽相距335 m；進(jìn)風(fēng)順槽全長(zhǎng)1255 m，與回風(fēng)順槽相距45 m；回風(fēng)順槽全長(zhǎng)1305 m。E2308工作面開采3號(hào)煤層，煤層均厚6.8 m，傾角平均3°；綜采放頂煤開采，工作面采高3.5 m，放煤高度3.3 m。煤層直接頂為泥巖，厚2.8 m；老頂為砂質(zhì)泥巖-細(xì)砂巖，厚13.6 m；直接底為粉砂巖，厚3.7 m。該工作面整體處于向斜東翼，內(nèi)有Fe124、Fn106 兩個(gè)正斷層。高河能源為高瓦斯礦井，E2308 工作面經(jīng)抽采后瓦斯含量為5.688 3 m3/t，可解吸瓦斯含量為3.618 5 m3/t。工作面布置如圖1。

圖1 工作面布置圖

1.2 巷道頂板情況

E2308 工作面膠帶順槽、進(jìn)風(fēng)順槽和回風(fēng)順槽均沿煤層底板掘進(jìn)，膠帶順槽凈寬5.2 m，凈高3.6 m，采用錨網(wǎng)支護(hù)，頂板每排7 根錨桿，間排距800 mm×900 mm，采用錨索補(bǔ)強(qiáng)，“三三”布置，間排距為1400 mm×1800 mm；進(jìn)風(fēng)順槽凈寬5.2 m，凈高3.9 m，頂板每排7 根錨桿，間排距為800 mm×900 mm，采用錨索補(bǔ)強(qiáng)，“三三”布置，間排距1400 mm×900 mm；回風(fēng)順槽凈寬4 m，凈高3.7 m，頂板每排6 根錨桿，間排距800 mm×900 mm，采用錨索補(bǔ)強(qiáng)，“三三”布置，間排距1200 mm×1800 mm。

在工作面生產(chǎn)過程中，檢修班每天將膠帶順槽排頭1#架后柱至老塘段頂板錨索托盤退去，為防止回風(fēng)順槽老塘大面積垮落，將頂板靠近老塘一側(cè)的錨索托盤退去，將進(jìn)風(fēng)順槽巷道靠近工作面的兩排頂板錨索托盤退去。根據(jù)工作面隅角懸頂垮落情況，在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程中，采用退錨和剪網(wǎng)等措施后，膠帶順槽和回風(fēng)順槽隅角懸頂極易超過10 m2，需進(jìn)行壓裂放頂。

2 氣相壓裂方案設(shè)計(jì)

2.1 鉆孔參數(shù)

工作面隅角懸頂較大時(shí)，在膠帶和回風(fēng)順槽三角區(qū)老塘范圍內(nèi)，不超過后溜電機(jī)所在三角區(qū)，施工二氧化碳?xì)庀鄩毫雁@孔。鉆孔施工區(qū)域位于工作面后溜三角區(qū)靠老塘側(cè)第一排與第二排之間距巷幫500 mm 處，開孔位置需避開錨索、錨桿，間距300 mm 以上，每次施工一組，共計(jì)5 個(gè)二氧化碳?xì)庀鄩毫雁@孔，鉆孔直徑75 mm。鉆孔布置如圖2。

圖2 壓裂鉆孔布置示意圖

（1）鉆孔角度

為方便鉆孔施工，設(shè)計(jì)二氧化碳致裂鉆孔平行巷道軸向向老塘方向施工，鉆孔仰角為75°。

（2）鉆孔深度

二氧化碳?jí)毫阎饕瞧茐南锏理斆旱耐暾?，使其及時(shí)充分垮落，根據(jù)巷道頂板煤層厚度，為保證放頂效果，二氧化碳?xì)庀鄩毫雁@孔垂直深度不小于頂煤高度，即壓裂鉆孔深度不小于3.5 m。

（3）鉆孔間距

二氧化碳?xì)庀鄩毫鸭夹g(shù)是利用液態(tài)二氧化碳瞬間氣化，體積膨脹作用于鉆孔孔壁，致使巖體開裂弱化。因此，初步確定二氧化碳?xì)庀鄩毫雁@孔間距為1.5 m。

2.2 壓裂施工工藝

（1）設(shè)置警戒和氣體監(jiān)測(cè)

二氧化碳致裂鉆孔施工前，在作業(yè)地點(diǎn)5 m 范圍內(nèi)設(shè)置警戒，嚴(yán)禁非作業(yè)人員進(jìn)入；并由瓦檢員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳等有毒有害氣體進(jìn)行檢測(cè)。

（2）頂板加強(qiáng)支護(hù)

為保證作業(yè)地點(diǎn)頂板安全，需加強(qiáng)對(duì)作業(yè)區(qū)域頂板維護(hù)：① 掛網(wǎng)防護(hù)。在最后一排單體柱老塘側(cè)掛一道全斷面防護(hù)網(wǎng)（10#鐵絲網(wǎng)），網(wǎng)片采用對(duì)接方式，聯(lián)網(wǎng)間距100 mm，采用16#鐵絲雙絲三扣綁扎牢固，防止壓裂后頂板煤體垮落涌入巷道。②加密支護(hù)。在E2308 機(jī)頭或機(jī)尾老塘側(cè)最后一排單體柱中間和靠近排頭1#架處，加設(shè)2 根單體柱。③單體柱戧柱支護(hù)。對(duì)最后一排單體柱π 型梁打設(shè)單體柱戧柱2 根。

（3）壓裂鉆孔施工

按照鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行施工。

（4）推進(jìn)壓裂桿和連接桿

鉆孔施工完畢后，壓裂人員將1 根壓裂桿推入孔底，然后依次連接若干根連接桿至巷道底板位置處，連接桿桿底與巷道底板間距使用短接連接，末端用道木頂住，在道木另一側(cè)底部打設(shè)1 根單體柱，并保證接頂牢固；將連接桿上拉環(huán)與單體柱把手使用鐵鏈連接、拉近。

（5）氣相壓裂

進(jìn)行二氧化碳?xì)庀鄩毫寻凑找韵虏襟E進(jìn)行：①壓裂前，按照警戒示意圖拉設(shè)警戒線，清除警戒區(qū)域人員，嚴(yán)禁人員進(jìn)入；② 壓裂小組人員將壓裂桿導(dǎo)線與壓裂母線連接，將壓裂母線牽引至警戒點(diǎn)處，進(jìn)行導(dǎo)通試驗(yàn)，確保連接無誤；③ 由瓦檢員檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛鹊陀?.8%，CO2濃度低于1.5%后將作業(yè)點(diǎn)50 m 以內(nèi)傳感器、電話以及壓裂母線后移至警戒線外；④ 現(xiàn)場(chǎng)跟班指揮人員下達(dá)引發(fā)指令后氣相壓裂作業(yè)人員進(jìn)行遠(yuǎn)距離作業(yè)，引發(fā)壓裂設(shè)備。

（6）壓裂器材回收升井

壓裂結(jié)束后，將壓裂桿末端的道木取出，依次取下短接、連接桿和壓裂桿，若壓裂桿不能正常取出或頂板煤體垮落導(dǎo)致壓裂桿被煤體壓死，則使用連接桿上鐵鏈拉出。之后將回收的所有壓裂器材人工運(yùn)輸至裝卸料點(diǎn)，裝入壓裂器材專用箱后升井。

3 氣相壓裂效果分析

E2308 工作面在生產(chǎn)過程中，共計(jì)26 個(gè)區(qū)域存在隅角懸頂超10 m2的情況，均采用了二氧化碳?xì)庀鄩毫鸭夹g(shù)進(jìn)行放頂。放頂結(jié)束后，對(duì)隅角懸頂進(jìn)行觀測(cè)，工作面割煤移架后，懸頂開始逐步垮落，移架2～4 次后，隅角懸頂能夠大范圍垮落，懸頂面積明顯減小，約5 m2，滿足規(guī)程要求，降低隅角瓦斯積聚的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

結(jié)合高河能源E2308超長(zhǎng)綜放工作面實(shí)際情況，在工作面兩側(cè)隅角懸頂面積超過10 m2區(qū)域，采用二氧化碳?xì)庀鄩毫鸭夹g(shù)對(duì)隅角懸頂進(jìn)行弱化處理，共計(jì)處理26 處，并對(duì)回采過程中的懸頂垮落情況進(jìn)行觀測(cè)。割煤移架后懸頂逐步垮落，移架2～4次后，隅角懸頂能夠大范圍垮落，降低了隅角瓦斯積聚的風(fēng)險(xiǎn)，保證了工作面安全生產(chǎn)。