宏遠煤業(yè)沿空送巷泄壓消突技術的研究與應用

閆林秀

（山西煤炭進出口集團左權(quán)宏遠煤業(yè)有限公司，山西 左權(quán) 032600）

1 礦井概況

宏遠煤礦位于左權(quán)縣城北約20km寒王鄉(xiāng)平王村，主采煤層為15號煤層，15號煤層厚2.08～5.46m，平均厚度4.28m，其頂板為泥巖，穩(wěn)定性較好。底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖。礦井采用綜合機械化采煤方法，頂板管理均采用全部垮落法。采用走向長壁工作面布置。

1.1 礦井煤層賦存地質(zhì)條件

礦井現(xiàn)開采15號煤層位于太原組下段（C3t1）下部。上距K2灰?guī)r平均20.95m；下距K1砂巖平均2.61m，距奧灰頂面43.35m。煤層結(jié)構(gòu)簡單，夾矸0～1層。該煤層穩(wěn)定，為全井田穩(wěn)定可采煤層。井田中部較薄，往井田西部有逐漸增厚的趨勢。

1.2 宏遠煤礦巷道布置與圍巖情況

宏遠煤礦工作面順槽沿煤層布置。15號煤層頂板為泥巖，抗壓強度36.23～39.0MPa，抗拉強度0.85～1.45MPa，抗剪斷強度凝聚力C值1.56MPa，內(nèi)摩擦角46.8°。15號煤層底板為泥巖，抗壓強度45.77～59.17MPa，抗拉強度0.40～1.75MPa。

本井田15號煤層頂板為中硬頂板，底板為中硬－堅硬底板。

1.3 瓦斯賦存情況

宏遠煤礦15號煤層原始瓦斯含量最大為23m3／t，平均約為23m3／t，屬于煤與瓦斯突出礦井。煤層實測的單項指標中最大煤的瓦斯放散初速度（Δpmax＝26）、最大煤的破壞類型（Ⅲ類）、最小煤的堅固性系數(shù)（fmin＝0.22）均超過煤層突出危險性單項指標的臨界值，目前開采范圍最大瓦斯壓力（Pmax＝1.2MPa）對應埋深為380m，井田最深超過500m。

測定的15號煤層鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.016～0.083d－1，煤層透氣性系數(shù)為0.2m2／（MPa2·d），煤層的瓦斯抽采難易程度屬可以抽采到較難抽采類型。

2 沿空送巷消突技術

根據(jù)宏遠礦瓦斯賦存特點，屬于難抽采的單一煤層，本煤層密集鉆孔預抽難以實現(xiàn)消突，根據(jù)相關理論研究結(jié)果［1－3］，經(jīng)卸壓后，煤層透氣性系數(shù)增大2 000倍，但不具備開采保護層的縱向卸壓條件。根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第十六條第四款中提到的突出煤層的巷道優(yōu)先布置在被保護區(qū)域或其他卸壓區(qū)域。采用沿空送巷將工作面一條相鄰采空區(qū)的順槽布置在采空附近的卸壓區(qū)內(nèi)，防止煤與瓦斯突出。

突出煤層的巷道優(yōu)先布置在被保護區(qū)域或其他卸壓區(qū)域，這既有利于安全，也提高了生產(chǎn)效率［4－5］。除保護范圍外，其他的卸壓區(qū)域（如圖1所示）還包括：突出煤層頂分層回采后的下分層對應范圍；突出煤層上（下）區(qū)段回采后對應的下（上）區(qū)段約小于15m斜長范圍內(nèi)；突出煤層始采線、采止線對應的實體段約10m走向范圍內(nèi)等。但這些卸壓范圍的大小因煤層的厚度、采高、傾角及周圍開采情況會有較大的變化，尤其當處于“孤島”應力集中區(qū)和構(gòu)造應力集中區(qū)時，卸壓區(qū)域還可能消失。因此，對是否存在這些范圍及其大小等，應通過考察確定，并充分考慮所在地點的各種條件。

圖1 采掘區(qū)域四周的卸壓區(qū)域示意圖

宏遠煤業(yè)在巷道布置時，將150103工作面回風順槽布置在150102工作面采空卸壓區(qū)范圍內(nèi)（如圖2所示），150103回風順槽與150102運輸順槽之間凈煤柱為2～4m。在150102運輸順槽掘進時，采用了順層鉆孔預抽條帶煤層瓦斯的區(qū)域防突措施，經(jīng)抽采后區(qū)域驗證不達標，采取了多次反復的局部防突措施。150103運輸順槽沿150102工作面采空卸壓區(qū)掘進過程中，單靠了150102運輸順槽施工的泄壓孔排放消突后，在掘進過程中未發(fā)現(xiàn)驗證指標K1值超標，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)，快速掘進。

圖2 宏遠煤礦150102采空區(qū)打鉆卸壓示意圖

3 沿空送巷合理煤柱尺寸確定方法

3.1 理論分析

根據(jù)150102工作面礦壓觀測結(jié)果，老頂初壓步距28m左右，周期步距20m左右，老頂斷裂線距煤壁的距離10～12m。根據(jù)壓力分布情況，可能送巷的位置有：在采空區(qū)邊緣不留煤柱的沿空送巷；在內(nèi)應力內(nèi)留小煤柱的沿空送巷；在外應力場中的煤柱；在原始應力區(qū)的大煤柱護巷。

3.2 煤柱尺寸確定

經(jīng)過分析認為送巷的最佳位置應是內(nèi)應力場中的小煤柱送巷。根據(jù)已施工的150103工作面回風順槽實際情況綜合分析及150102運輸順槽兩幫松動圈測試結(jié)果，松動圈范圍在2.0m左右，考慮到架設金屬支架時頂板的穩(wěn)定性，以及瓦斯?jié)撃艿某浞轴尫?，沿空送巷的合理煤柱尺寸?.0m以上、4.0m以下，一般取3.0m為最佳。

4 效果分析

沿空送巷消突技術在宏遠礦的應用效果如表1、2所示。

表1 150103工作面沿空送巷與非沿空送巷

表2 非沿空送巷與沿空送巷抽采及防突費用效果對比表

綜上所述，留設4m煤柱比原來的20m煤柱效益是顯著的，在工作面長度基本相同的情況下，150103工作面實現(xiàn)效益271.11萬元，同時由于宏遠煤礦掘進過程中，由于受到煤與瓦斯突出指標K1值超標的制約，月進尺不足80m。但由于采用沿空送巷，所留的煤柱少，卸壓區(qū)內(nèi)布置巷道，從根本上解決了一條順槽掘進過程中的防治煤與瓦斯突出問題，大大加快了掘進進度，月進度均在240m以上，有效緩解了宏遠煤業(yè)的采掘接替問題。

5 結(jié)語

采用合理的小煤柱沿空掘巷不僅節(jié)省了大量的煤炭資源，而且對于現(xiàn)場防突工作具有巨大意義，對煤礦安全生產(chǎn)作用有巨大的安全效益和經(jīng)濟效益。

［1］ 趙明強，華心祝，周華龍.沿空送巷小煤柱的留設及應用［J］.煤炭技術，2008（1）：44-46.

［2］ 錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

［3］ 華心祝，馬俊楓，許庭教.錨桿支護巷道巷旁錨索加強支護沿空留巷圍巖控制機理研究及應用［J］.巖石力學與工程學報，2005（3）：2107-2112.

［4］ 侯朝炯，李學華.綜放沿空掘巷圍巖大、小結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性原理［J］.煤炭學報，2001（2）：1-7.

［5］ 朱川曲，王衛(wèi)軍，施式亮.綜放沿空掘巷圍巖穩(wěn)定性分類模型及應用［J］.中國工程科學，2006（3）.13-15.