淺析煤礦綜采面采空區(qū)懸頂處理技術(shù)

谷亮鴿,

（中國神華神東煤炭集團(tuán)保德煤礦,山西 保德 036600）

淺析煤礦綜采面采空區(qū)懸頂處理技術(shù)

谷亮鴿,羅伙根

（中國神華神東煤炭集團(tuán)保德煤礦,山西 保德 036600）

針對神東礦區(qū)高瓦斯礦井屬于復(fù)合型頂板的綜采面瓦斯治理的實(shí)際情況，為防止采空區(qū)大面積懸頂突然垮落造成瓦斯事故，提出了以退錨索、高壓預(yù)裂、碼放黃土袋、斷網(wǎng)為主的采空區(qū)懸頂處理技術(shù)，防止采空區(qū)大面積懸頂突然垮落造，從而保證了高產(chǎn)高效順利進(jìn)行，為今后類似條件工作面懸頂問題的處理與解決，提供有益的參考。

綜采面；大面積懸頂；瓦斯事故

瓦斯防治是煤礦安全生產(chǎn)永恒的主題，對于瓦斯含量較低和地質(zhì)條件簡單的礦井，瓦斯治理并不難，一般采用通風(fēng)方法便可解決。反之，如果是高突礦井且地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，還會采用超前預(yù)抽、泄壓，采空區(qū)抽采或地面抽采瓦斯等方式[1-3]。為解決上隅角瓦斯超限問題，部分礦井還采用了壓風(fēng)引射器引排法、小型液壓風(fēng)機(jī)吹散法、鉆孔及埋管抽采法等[4]。對于回采工作面的瓦斯治理目前通常采用的是常規(guī)的開采解放層、超前預(yù)抽和邊采邊抽的工藝，如陽泉、晉城礦務(wù)局等[5]。煤礦開采技術(shù)發(fā)展日新月異，國內(nèi)已經(jīng)有綜采工作面瓦斯治理技術(shù)的相關(guān)研究[6-9]，但是，由于綜合機(jī)械化采煤的開采強(qiáng)度大、速度快，導(dǎo)致工作面瓦斯涌出量較大，最終形成大面積的采空區(qū)，瓦斯治理措施如果不到位，但仍無法完全杜絕瓦斯超限的發(fā)生。綜采工作面的頂板大多為復(fù)合型頂板，工作面推過后有時會出現(xiàn)順槽段采空區(qū)懸頂面積過大且長時間不垮落，致使瓦斯等有害氣體積聚。若大面積懸頂突然垮落，有可能形成颶風(fēng)，現(xiàn)有的抽采和風(fēng)排無法及時排除和稀釋瞬間的有害氣體，不但危及作業(yè)人員安全，而且可能導(dǎo)致瓦斯事故[10]。為保證工作面推進(jìn)后隅角懸頂及時垮落，對采空區(qū)懸頂處理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了具體的技術(shù)方法。

1 81305綜采面概況

保德煤礦位于山西省保德縣境內(nèi)，可采煤層四層，目前正開采的為最上部的8#層，煤種為氣煤，為高瓦斯礦井。81305綜放面位于三盤區(qū)，采用走向長壁綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法回采。工作面長240m，推進(jìn)長度2696m，煤層厚度平均6.6m，煤層傾角平均4o左右，屬厚煤層。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸4-5層，煤層頂板泥巖、粗砂巖，厚度6.08～9.26m，底板為粉砂巖、粗砂巖，厚度3.15～9.15m。

2 瓦斯治理概況

從2011年開始，為實(shí)現(xiàn)高瓦斯礦井高標(biāo)準(zhǔn)管理，山西省煤炭工業(yè)廳要求采掘工作面的瓦斯傳感器的報警、斷電、復(fù)電濃度在《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029—2007）規(guī)定的基礎(chǔ)上下調(diào)20%進(jìn)行管理。以神東公司高瓦斯礦井保德煤礦某一綜采工作面為實(shí)際研究對象，經(jīng)過實(shí)踐，保德煤礦在瓦斯治理方面總結(jié)和提煉出了一套行之有效、科學(xué)合理的瓦斯治理模式：預(yù)抽模式為：多打孔、嚴(yán)封閉、綜合抽，采空區(qū)抽采模式為：大管徑、低負(fù)壓、大流量[11]。81305工作面回采期間采取風(fēng)排、本煤層預(yù)抽、采空區(qū)抽放聯(lián)合治理瓦斯方案。

3 采空區(qū)懸頂處理技術(shù)

3.1 提前退錨索

采用人工或機(jī)械方式卸掉錨索，及時退錨索，降低工作面順槽隅角處的巷道支護(hù)強(qiáng)度，以便使上、下隅角上方的頂板在處于采空區(qū)后及時、連續(xù)垮落，斷開溝通采空區(qū)的風(fēng)流通道并消除瓦斯積聚空間。根據(jù)81305綜放面巷道頂板壓力情況，在回風(fēng)順槽超前工作面1～3m范圍合理安排退頂板錨索工作，促使回風(fēng)隅角三角區(qū)頂板能夠及時冒落，減少懸頂面積。為保證支護(hù)效果，以端頭支架頂梁前端為基準(zhǔn)，每次退錨索距離不得超過3m，退錨索必須在超前單體支護(hù)范圍內(nèi)，嚴(yán)禁超距離或隨意退錨。

3.2 高壓注水預(yù)裂頂板

高壓注水預(yù)裂屬于人為增加裂隙和弱面，注水后可以使頂板巖石中的膠結(jié)物和部分礦物溶解，減小層間粘結(jié)力；高壓水后形成水鍥可以增加巖石中的裂隙弱面。因此，注水后巖石的強(qiáng)度將顯著降低，使隅角頂板及時垮落，從而減小頂板懸露和冒落面積。在綜放面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷向頂板施工注水鉆孔，采用超前注水的方式。此次高壓注水試驗(yàn)采用3ZSB-158/18高壓柱塞泵一臺，輸入功率160KW，額定工作壓力63MPa，額定流量127L/min，工作壓力設(shè)為55MPa；注水管路采用DN19mm高壓注水管，最大承受壓力80MPa；Φ32mm封孔器2根，長度為1.2m。注水鉆孔與巷道夾角70°，回風(fēng)順槽鉆孔設(shè)計(jì)深度70m，回風(fēng)順槽孔深50m，鉆孔開孔間距30m，孔徑80～90mm，進(jìn)風(fēng)順槽注水鉆孔傾角30°，回風(fēng)順槽傾角25°。注水壓力為不小于15MPa，注水時間10～12d以上，為了降低巖石的浸水軟化系數(shù)，注水液體加入2～8%的鹽酸容易可以提高軟化效果。注水濕潤半徑除與注水量及壓力有關(guān)外，還與頂板巖性和注水時間等因素有關(guān)，在未考察前注水半徑暫按15m考慮，即注水孔間距30m。

3.3 構(gòu)筑黃土袋墻

在充分實(shí)施退錨索措施、頂板高壓注水預(yù)裂后，仍不能有效控制懸頂面積、確保兩順槽采空區(qū)頂板隨工作面推進(jìn)及時垮落時，應(yīng)在工作面隅角在副幫和后部運(yùn)輸機(jī)電機(jī)之間處施工黃土袋墻，以控制向采空區(qū)后部漏風(fēng)，阻止遺煤氧化，消除采空區(qū)自然發(fā)火隱患和減少頂板突然垮落時有害氣體涌出量。當(dāng)兩順槽采空區(qū)懸頂滯后切頂線超過10m時，應(yīng)在兩順槽隅角構(gòu)筑黃土袋墻。黃土袋墻位于后尾梁支架的下方，上接頂、下接底，黃土碼放厚度底板處為2.0m，封頂時不低于1.5m。碼放寬度要求左側(cè)距離后部運(yùn)輸機(jī)電機(jī)預(yù)留0.5m，右側(cè)緊貼巷道副幫，貼副幫碼放與支架搭接，封堵采空區(qū)。大面積懸頂一旦突然垮落，該黃土袋墻能夠起到一定的支撐和緩沖作用，可以有效避免瓦斯事故的發(fā)生。

回采工作面隅角以里黃土袋碼放示意圖

3.4 斷網(wǎng)

雖然實(shí)施退錨索工藝，但是仍有部分錨索無法退掉，采空區(qū)頂板垮落時經(jīng)常會將錨索托盤崩掉，而采空區(qū)積存的瓦斯?jié)舛葹?%左右，正好處于瓦斯爆炸界限，為防止瓦斯事故，要求隨著工作面的回采對綜放面一、二號回順及聯(lián)巷超前工作面20m范圍的錨索全部涂抹黃油，杜絕靜電火花出現(xiàn)。同時，為防止靜電傳導(dǎo)至采空區(qū)，要求對回采工作面回風(fēng)順槽每隔20m斷網(wǎng)，斷網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)為：巷道全斷面斷網(wǎng)一次，寬度為200～300mm，為保證支護(hù)強(qiáng)度，斷網(wǎng)期間要求一邊斷網(wǎng)一邊補(bǔ)掛塑料網(wǎng)，正幫側(cè)為塑料網(wǎng)不需斷。

4 懸頂處理效果分析

根據(jù)礦方生產(chǎn)指揮中心監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，相鄰81304綜放面瓦斯超限15次，其中上隅角超限9次，工作面超限6次，最大瓦斯?jié)舛?.46%。由于采用綜合瓦斯防治技術(shù)和懸頂處理技術(shù)等，81305綜放面整個回采中僅瓦斯超限2次，均為上隅角瓦超限，最大濃度1.08%，原因一次為初次來壓老頂大面積垮落，一次為無計(jì)劃停泵影響。通過采用退錨索、高壓預(yù)裂、碼放黃土袋、斷網(wǎng)等懸頂處理技術(shù)，取得很好成效，基本上能夠杜絕瓦斯事故的發(fā)生。

5 結(jié)語

通過系統(tǒng)研究，提出了以退錨索、高壓預(yù)裂、碼放黃土袋、斷網(wǎng)為主的采空區(qū)懸頂處理技術(shù)，并形成了固定的管理制度下發(fā)嚴(yán)格執(zhí)行，由此可大大減少采空區(qū)大面積懸頂突然垮落造成瓦斯事故，從而保證了高產(chǎn)高效順利進(jìn)行。對本礦井深部區(qū)瓦斯開采和其他類似條件下的綜采工作面，具有一定的實(shí)際借鑒意義。

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