關(guān)于綜采面切眼切頂爆破對初采初放瓦斯治理工作的影響

陳子緯

華晉焦煤公司沙曲二號煤礦

綜采面初采初放期間的瓦斯治理工作是整個工作面回采期間的治理重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其初采初放期間頂板大面積懸頂和垮落的不可預(yù)判性，造成了采空區(qū)瓦斯涌出的不可控制，極易造成瓦斯事故。現(xiàn)以我礦4 304綜采面為例，工作面初采初放前提前對切眼進(jìn)行切頂爆破，對采空區(qū)瓦斯治理的影響進(jìn)行分析。

1 綜采面初采初放瓦斯的危害與治理難點(diǎn)

1.1 綜采面初采初放采空區(qū)瓦斯的危害

綜采面初采初放期間瓦斯的危害主要表現(xiàn)在采空區(qū)瓦斯的大面積積聚和采空區(qū)頂板大面積懸頂后垮落的不可預(yù)判性造成的瓦斯涌出的不可控制。當(dāng)采空區(qū)大面積懸頂突然跨落時，采空區(qū)頂部積聚的高濃瓦斯（如圖1所示）大范圍涌出，造成工作面及其回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯超限，甚至達(dá)到爆炸界限，發(fā)生瓦斯爆炸事故。

圖1 采空區(qū)瓦斯積聚示意圖

1.2 綜采面初采初放瓦斯治理難點(diǎn)

綜采面初采初放階段的瓦斯治理工作難點(diǎn)，主要是采空區(qū)頂板不能隨工作面推進(jìn)及時垮落造成大面積懸頂，給瓦斯積聚留下空間，采空區(qū)大范圍積聚瓦斯，當(dāng)工作面推進(jìn)到一定距離后，采空區(qū)頂板突然垮落，采空區(qū)瓦斯大量涌出。（如圖2、圖3所示）

圖2 綜采面初采期間采空區(qū)風(fēng)速與工作面推進(jìn)距離關(guān)系圖

圖3 綜采面推進(jìn)距離與采空區(qū)瓦斯?jié)舛龋?10）關(guān)系圖

（1）綜采面采空區(qū)瓦斯來源

綜采面開始推進(jìn)，本煤層開采后，采空區(qū)將如圖4所示的上、下鄰近煤層及初始切眼的非采幫側(cè)煤體的瓦斯涌出是采空區(qū)瓦斯的主要來源[1-2]。

圖4 綜采面采空區(qū)瓦斯涌出來源假想圖

（2）采空區(qū)瓦斯積聚與涌出形式

綜采面采空區(qū)出現(xiàn)懸頂或垮落不完全后，勢必在采空區(qū)或上部裂隙中積聚瓦斯，隨著采空區(qū)面積不斷增加，頂板在重力作用下大面積垮落，積聚的瓦斯（如圖5所示）將在短時間內(nèi)大量集中涌出。大量瓦斯從采空區(qū)涌入工作面及其回風(fēng)系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出綜采面配風(fēng)量稀釋瓦斯的范圍，造成瓦斯超限，甚至達(dá)到瓦斯爆炸界限。

圖5 綜采面初采期間采區(qū)空頂板垮落瓦斯涌出示意圖

2 綜采面切眼切頂爆破的應(yīng)用

2.1 綜采面切眼切頂爆破的設(shè)想

煤礦井下切頂爆破技術(shù)已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用，在考慮綜采面初采初放期間的頂板管理和瓦斯治理需要時，設(shè)計(jì)采用切頂爆破技術(shù)加快采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度，減少采空區(qū)頂板懸頂面積和懸頂時間，防止采空區(qū)內(nèi)瓦斯的大面積積聚和大量集中涌出。

2.2 綜采面切眼切頂爆破設(shè)計(jì)

綜采面回采前，在切眼兩端分別采取了切頂爆破措施，爆破深度為8 m，炮眼角度為90°（垂直于4#煤層所在平面），炮眼間距為0.5 m。（如圖6所示）

圖6 綜采面采區(qū)切頂爆破炮眼布置示意圖

2.3 綜采面切眼切頂爆破的應(yīng)用

我礦回采的4#煤層瓦斯含量高，且上下鄰近煤層與本煤層層間距小，4#煤層工作面回采時，瓦斯涌出量大，尤其工作面初采初放期間，采空區(qū)瓦斯治理工作成為安全管理的難點(diǎn)。所以，我礦在4 304綜采面切眼采取切頂爆破的措施，取得了較好的瓦斯治理效果。

（1）4 304綜采面概況

4 304綜采面傾向長度1 037.7 m，走向長度226 m，平均煤厚2.76 m。工作面所采4#煤層瓦斯含量10.89 m3/t，煤層均具有突出危險性和爆炸性。工作面采用傾斜長壁后退式一次采全高的綜合機(jī)械化采煤方法。膠帶順槽采用切頂爆破聯(lián)合擋矸網(wǎng)墻體隔離采空區(qū)沿空留巷，采空區(qū)采用全部垮落法管理頂板。

工作面采用兩進(jìn)一回 “Y”型通風(fēng)方式，4 304軌道巷作為主要進(jìn)風(fēng)巷，配風(fēng)量1 400 m3/min，4 304膠帶巷作為輔助進(jìn)風(fēng)巷，配風(fēng)量800 m3/min，4 304膠帶巷后部留巷作為回風(fēng)巷，總配風(fēng)量2 200 m3/min，工作面絕對瓦斯涌出量在27.67 m3/min。

（2）4 304綜采面切眼爆破情況

4 304綜采面在回采前，在切眼的機(jī)頭側(cè)爆破長度為60 m，機(jī)尾側(cè)爆破長度為30 m，以加快初采初放期間的頂板垮落進(jìn)度。

3 切眼切頂爆破設(shè)計(jì)及對頂板垮落進(jìn)度的影響

3.1 采空區(qū)頂板垮落

根據(jù)4 304綜采面初采時現(xiàn)場觀測，該工作面在推進(jìn)6 m后采空區(qū)頂板即發(fā)生大范圍垮落，垮落時現(xiàn)場情形如下：

（1）頂板垮落時，伴有采空區(qū)瓦斯涌出現(xiàn)象，工作面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.58%，回風(fēng)瓦斯?jié)舛?.74%，瓦斯達(dá)到極值后，持續(xù)時間約20 min。

（2）頂板垮落后，采空區(qū)機(jī)頭側(cè)漏風(fēng)明顯減小（漏風(fēng)攜帶瓦斯對回風(fēng)瓦斯?jié)舛葻o明顯影響），墻體縫隙基本無明顯漏風(fēng)。

（3）墻體壓設(shè)的抽采管路吸空聲音明顯減小。8 h后，切頂留巷壓埋管抽采瓦斯?jié)舛扔?.68%增加至4.80%。

（4）采空區(qū)內(nèi)的落石聲發(fā)出聲響和頻次明顯減少，且落石聲由支架后部變?yōu)椴煽諈^(qū)頂板上部。頂板垮落震感（與我礦其他4#煤綜采面采空區(qū)頂板垮落時比較）較小。

3.2 采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度對比

相較我礦其他4#煤綜采面（列舉4 901綜采面與4 304綜采面進(jìn)行對比，如圖7、圖8進(jìn)行比較），4 304綜采面初采初放期間的頂板垮落較為集中，且垮落及時、嚴(yán)密。

圖7 4 304綜采面初采采空區(qū)頂板垮落統(tǒng)計(jì)圖

圖8 4 901綜采面初采采空區(qū)頂板垮落統(tǒng)計(jì)圖

通過表1 4#煤層綜采面頂板垮落的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比較，表明4 304綜采面采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度較之其他綜采面明顯加快，且頂板垮落較為集中。

表1 綜采面采空區(qū)頂板初采垮落統(tǒng)計(jì)表

4 切頂爆破對綜采面初采初放瓦斯治理的影響

4.1 對工作面風(fēng)量的影響

與其他4#煤層綜采面情形相似，4 304綜采面在推進(jìn)一段距離后，由于采空區(qū)面積增加，工作面同樣出現(xiàn)了圖2所示的風(fēng)量減小的情況，但工作面風(fēng)速仍保持在1.0 m/s左右。與其他4#煤層綜采面不同的是，由于4 304綜采面采空區(qū)在推進(jìn)6 m時即發(fā)生了較為徹底的垮落，且垮落后巖石堆積較為嚴(yán)密，工作面風(fēng)量與4 304軌道巷進(jìn)風(fēng)量基本一致，采空區(qū)頂板的及時垮落保證了配風(fēng)的有效性；同時，采空區(qū)漏風(fēng)的減少，對4 304綜采面上鄰近層3#煤層的防滅火工作起到了積極作用。

4.2 對工作面瓦斯的影響

（1）瓦斯?jié)舛?/p>

從4 304綜采面初采初放期間的瓦斯變化情況看，整體瓦斯?jié)舛容^為穩(wěn)定，除采區(qū)空頂板垮落時回風(fēng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.74%以外，其他時間的瓦斯?jié)舛染?.40%左右。(如圖9所示)

圖9 4 304綜采面回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸兓€圖%

（2）其他地點(diǎn)瓦斯?jié)舛?/p>

除4 304綜采面回風(fēng)瓦斯?jié)舛确€(wěn)定外，綜采面初采時出現(xiàn)瓦斯異常設(shè)置了較高的擋矸墻（鋼筋網(wǎng)墻體、柔模袋墻體、模斗墻體），擋矸墻鋪網(wǎng)處和支架后立柱等地點(diǎn)均未出現(xiàn)瓦斯超限的情況。

4.3 對抽采系統(tǒng)的影響

綜采面初采初放期間，由于采空區(qū)未垮落嚴(yán)密，不能形成密閉環(huán)境，造成抽采瓦斯較低，墻體壓埋管抽采效果差；同時，采空區(qū)垮落不嚴(yán)密造成采空區(qū)過風(fēng)量大，采空區(qū)空間受風(fēng)流繞道不能形成瓦斯分層，不能在采空區(qū)上部裂隙帶內(nèi)積聚高濃瓦斯，影響裂隙帶瓦斯抽采效果。4 304綜采面在切眼進(jìn)行切頂爆破后，采空區(qū)及時垮落，爆破增加了采空區(qū)頂板的裂隙發(fā)育，有效提高了采空區(qū)瓦斯抽采和裂隙帶瓦斯抽采的效果。4 304裂隙帶鉆孔在工作面回采至6 m后抽采瓦斯純量即達(dá)到5.21 m3/min，這在其他4#煤層綜采面是不多見的。

5 結(jié)論及應(yīng)用前景

5.1 結(jié)論

4 304綜采面切眼切頂爆破加快了工作面采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度，在減少采空區(qū)懸頂面積，減少采空區(qū)瓦斯積聚空間，降低采空區(qū)頂板垮落強(qiáng)度，減小采空區(qū)頂板垮落時的瓦斯涌出量，提高瓦斯治理鉆孔的抽采效果等方面均起到了較大的促進(jìn)作用。

5.2 應(yīng)用前景

由圖7中4 304綜采面采空區(qū)頂板垮落的情況看，采空區(qū)頂板垮落雖然較為及時，但仍有部分區(qū)段的垮落不具有連貫性，可能在采空區(qū)內(nèi)形成小范圍的瓦斯聚集空間。造成以上情況的原因?yàn)榍醒矍许敱频姆秶锤采w整個切眼，同時，在工作面推進(jìn)方向繼續(xù)布置切頂炮眼（可逐漸增加每組炮眼跨度間距）直至初采初放階段結(jié)束，以保證工作面初采初放期間采空區(qū)頂板及時垮落，提高瓦斯治理效果。（如圖10所示）

圖10 綜采面采空區(qū)切頂炮眼布置圖

綜采面初采初放瓦斯治理工作對于瓦斯礦井均屬于重點(diǎn)和難點(diǎn)，多數(shù)瓦斯治理措施在工作面初采初放期間由于采空區(qū)頂板不能及時垮落而無法有效實(shí)施。切眼切頂爆破措施的應(yīng)用可有效加快采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度，防止采空區(qū)大面積懸頂和瓦斯積聚，增加采空區(qū)瓦斯抽采、頂板裂隙帶鉆孔的抽采效果，是一項(xiàng)切實(shí)有效的瓦斯治理手段，可廣泛用于多數(shù)瓦斯礦井初采初放期間的瓦斯治理。