高瓦斯易自燃煤層實施“110工法”難點與解決方案分析

◎趙良 馮青林

“110工法”是將中國科學院院士何滿潮創(chuàng)立的“切頂短臂梁”理論應用在煤礦開采上，指回采1個工作面，只需掘進1條順槽，保留0個煤柱，實現(xiàn)工作面間無煤柱開采。已在陜西、四川、黑龍江、山西、河南等省的500多家煤礦推廣應用，有效解決了煤炭工業(yè)長期面臨的“安全、資源回收和開采成本”三個突出問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)“110工法”暫無在高瓦斯和易自燃雙災害并存條件下實施的先例。

一、工作面概況

1.工作面位置及范圍。

N1-1502工作面屬于二水平北一采區(qū)，位于曉南礦工業(yè)廣場西北部；采動影響范圍內(nèi)有一條季節(jié)性河流、一條高壓線（隆南1#60KV）、三條通訊線路、積水Ⅴ區(qū)、積水Ⅵ區(qū)、積水II區(qū)及景荒地村、景荒地新址和劉荒地村部分住宅，其余為平坦耕地。N1-1502工作面位于北一采區(qū)西部。南以北一15層中巷保護煤柱為界與南翼采區(qū)相鄰；北部與北二采區(qū)相鄰；東部為N1-1503工作面（尚未開拓）；西與大興井田相鄰。 工作面座標范圍為：X：4694384 ～4695566；Y：41549506 ～41550105；Z：-572～-610。工作面走向長度1185m；傾斜長度210m；面積247122m2。

2.煤層情況。

N1-1502工作面所開采的煤層為下含煤段15-1#煤層。煤層傾向290°～310°，傾角3°～7°，平均為5°。煤種為氣煤，光亮型，條帶狀結(jié)構(gòu)，貝殼狀斷口，煤質(zhì)較好。煤層厚度1.20m～2.03m，平均厚度1.5m。夾矸一至二層，為泥巖及炭質(zhì)泥巖，厚度0.05m～0.15m。本工作面原煤工業(yè)指標采用相鄰N1-1501工作面煤質(zhì)化驗結(jié)果：水份（Mt）8.7%，灰分（Ad）36.44%，揮發(fā)份 （Vdaf）17.75% ， 發(fā) 熱 量（Qnet，ar）4245cal/g。

二、影響瓦斯治理因素分析

1.通風系統(tǒng)選擇在瓦斯治理的影響。

曉南礦N1-1502刨煤工作面原設計為“U”形通風工作面，計劃實施“110工法”后，補充掘進N1-1502入風改造道與N1-1502運輸順槽貫通，N1-1502工作面初期采用“兩入一回”通風方式，后期調(diào)整為“一入兩回”通風方式，同時，N1-1502入風改造道作為下一個工作面的軌道順槽，N1-1502運輸順槽實施留巷作為下一個工作面的運輸順槽，開采下個工作面前施工回風順槽形成工作面完整的通風系統(tǒng)，確保一個工作面具有三條順槽，并每個工作面回采期間留巷一個順槽，從而實現(xiàn)無煤柱開采。

2.利用抽采方法治理瓦斯。

針對頂板垮落步距長的問題，在N1-1502回風順槽鉆場施工低傾角度長鉆孔和14層采空區(qū)導入孔。在N1-1502回風順槽接設埋管抽采采空區(qū)內(nèi)瓦斯。

三、防治采空區(qū)自然發(fā)火影響因素

1.粉煤灰灌漿滅火。

在地面中央砂井建設一套粉煤灰灌漿站，該系統(tǒng)是通過粉煤灰膏體制備系統(tǒng)利用粉煤灰、水、懸浮劑按照一定比例制作粉煤灰漿，通過地面至井下的灌漿管路注入工作面采空區(qū)。

在運輸順槽留巷段每隔10m在頂、底板埋入采空區(qū)1根4寸鐵管，外漏管頭保證壓槽完好并封堵嚴實，防止向采空區(qū)入風。用于日常灌漿時接入灌漿系統(tǒng)，保證灌漿空白區(qū)域不得超過工作面50m。每次灌漿作業(yè)完成后對全系統(tǒng)管路進行沖洗防止堵塞管路。

2.注氮氣防滅火。

地面制氮機制出氮氣，氮氣濃度不得低于97%，通過注氮立孔進入井下注氮管路，再通過采空區(qū)預埋注氮管進入回采工作面采空區(qū)。

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四、新型噴涂材料防漏風

留巷段防漏風效果直接影響“110工法”工作面瓦斯防治和采空區(qū)自然發(fā)火防治工作。曉南礦N1-1502“110工法”刨煤工作面留巷采空區(qū)側(cè)使用風筒布+擋矸網(wǎng)+噴涂KA-GK快速密閉噴涂材料的堵漏方式。

目前，錨噴技術已經(jīng)成為了煤礦巷道支護的主要手段，噴射混凝土作為錨噴技術的一項重要組成部分，在施工過程中存在以下問題：

1.回彈量大，至少為15%～30%，浪費大量材料。

2.作業(yè)環(huán)境下粉塵濃度高，400mg/m3～3000mg/m3，遠超國家標準（10mmg/m3），施工人員極易罹患矽肺等職業(yè)病。

3.施工隨意性強，噴厚不均勻，噴漿層易產(chǎn)生微細裂縫或來壓后噴漿層開裂、脫落，造成圍巖風化。

曉南礦現(xiàn)選用KA-GK固克快速密閉噴涂材料，使用專用設備混合后形成混合漿液并發(fā)生化學反應，對風筒布+擋矸網(wǎng)進行噴涂，該材料噴涂固化后拉伸強度≥2MPa、拉斷伸長率≥30%，附著力≥1.5MPa、韌性好，噴射到軟巖或煤巷表面后，呈明顯的塑性，能適應煤礦巷道各種形變，不妥落，不開裂。完全克服了水泥砂漿的缺點。有效的減少了采空區(qū)漏風，減少了粉塵飛揚，降低粉塵濃度，有效改善采掘工作面的作用環(huán)境，大大降低煤肺、塵肺等職業(yè)病的發(fā)病率，保護工人健康提高工作效率。

五、結(jié)語

N1-1502工作面現(xiàn)已留巷140m，至今未發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象和自然發(fā)火征兆?！?10工法”也將使礦井實現(xiàn)自動化、信息化、智能化和無人化開采成為可能，也將為采礦業(yè)革命作出重要貢獻。新技術和新革命在實踐中一定會揭露出一些困難，我們還要利用專業(yè)知識和實踐的經(jīng)驗積累去面對挑戰(zhàn)。