顧嵇毓 楊志勇
(1.中檢集團公信安全科技有限公司,山東 棗莊 277500;2.國源礦業(yè)開發(fā)有限責任公司龍王溝煤礦,內蒙古 鄂爾多斯 017000)
永明煤礦5202 工作面位于5 號煤西回風大巷北翼,南鄰5 煤西回風大巷保護煤柱線,北鄰502盤區(qū)煤層沖蝕區(qū),東鄰5201 工作面采空區(qū),西鄰5203 工作面回風巷(未準備)。
5202 工作面標高+1061~ +1067 m,地面標高+1150~ +1210 m,工作面走向長度473 m,傾斜長度193.3 m,面積為91 431 m2。該工作面總體構造形態(tài)為一西向緩傾斜的單斜構造,煤層傾角1°~3°,煤層厚度在1.1~1.2 m 之間,均厚1.15 m,厚度穩(wěn)定,含夾矸2~4 層,一般2 層,結構較復雜,為可采的穩(wěn)定煤層,煤層硬度為f=2.1。
永明煤礦絕對瓦斯涌出量為0.67 m3/min,相對瓦斯涌出量為4.43 m3/t,屬低瓦斯礦井。根據(jù)陜西煤礦安全裝備檢測中心關于該礦煤層煤塵爆炸性、煤自燃傾向性報告,煤層火焰長度大于400 mm,抑制煤塵爆炸最低巖粉用量大于90%,煤塵具有爆炸危險性。工作面在回采前期多次出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象,致使工作面斷電3 次,被迫停產(chǎn)4.5 d,嚴重制約著工作面安全高效回采。
(1)5202 工作面采用U 型通風系統(tǒng),工作面配風量為365 m3/min,工作面回采期間新鮮風流由運輸順槽進入工作面,污風由回風順槽流入采區(qū)回風巷。在風壓作用下,工作面通風過程中局部風流沿下隅角以及支架間隙流入采空區(qū)內,采空區(qū)內風流將采空區(qū)瓦斯帶出,并在工作面上隅角匯集,從而導致上隅角瓦斯積聚,如圖1。
圖1 5202 工作面上隅角瓦斯積聚示意圖
(2)采用U 型通風系統(tǒng)時,上隅角風壓最小,工作面回采時產(chǎn)生的瓦斯在上隅角處出現(xiàn)斡旋現(xiàn)象,而且瓦斯體積小,一般分布在工作面頂板處,導致風流無法把上隅角瓦斯帶出,加上采空區(qū)瓦斯溢出,造成上隅角瓦斯積聚。
(3)5202 工作面地質構造復雜,工作面回采期間預計揭露14 條斷層,斷層平均落差為1.1 m,平均傾角為45°。受地質構造影響,工作面回采后采空區(qū)內遺煤量大,采空區(qū)內遺煤長期堆積釋放瓦斯,并在漏風流的作用下帶入上隅角,導致上隅角瓦斯超限。
為了有效解決5202 工作面上隅角瓦斯積聚現(xiàn)象,決定對工作面采取“沿空留巷抽排+煤柱孔帶抽”聯(lián)合瓦斯治理技術[1-5]。
(1)首先在5202 工作面回風順槽與5203 回風順槽每隔200 m 施工一個通風橫貫,通風橫貫長度為25 m,寬度為4.0 m,高度為3.5 m。橫貫內支護設計與5202 回風順槽支護設計相同。
(2)通風橫貫施工完后,在距橫貫與5203 回風順槽貫通口5.0 m 處施工兩道料石與混凝土砌筑的密閉墻,密閉墻體厚度為1.0 m。密閉墻砌筑期間必須保證墻體深入至巷道頂?shù)准皟蓭兔后w內0.5 m。
(3)兩道密閉墻施工完后,在兩道密閉墻距頂板1.0 m 處施工兩個直徑為50 mm 圓孔,孔間水平距為1.5 m。圓孔施工完后對孔內埋入兩根直徑為45 mm 抽采管。
(4)在通風橫貫與采空區(qū)之間施工一道彎曲料石隔離墻,隔離墻寬度為1.0 m,如圖2。隔離墻拐點距橫貫巷幫距離為1.0 m,隔離墻A 段垂直巷幫施工,隔離墻B 段與A 段成120°夾角布置,切墻體端頭距橫貫右?guī)途嚯x為1.7 m。隔離墻施工完后在墻體兩側施工護墻柱,柱體間距為0.8 m。
圖2 5202 工作面沿空留巷、密閉墻埋管平面示意圖
(5)隔離墻施工完后分別在橫貫以及5203 回風順槽內施工兩個木垛,木垛長度為1.2 m,寬度為0.8 m。木垛主要采用道木成“井”字形搭接而成,直至木垛與頂板接觸嚴實。
(6)當工作面推進后第一個貫通橫貫甩入采空區(qū)后及時對上隅角與橫貫之間進行沿空留巷,留巷寬度為1.5 m。沿空留巷采空區(qū)側采用堆柱支護頂板,堆柱間距為0.8 m,堆柱后在堆柱上鋪設鋼筋網(wǎng)以及水泥毯將采空區(qū)與沿空留巷隔斷。
(7)工作面在回采過程中當通風橫貫進入采空區(qū)10 m 后開始進行瓦斯預抽,當工作面推進至第二個通風橫貫后及時密閉第一個通風橫貫,并在第二個通風橫貫埋管進行瓦斯預抽。
隨著工作面不斷推進,當?shù)谝粋€通風橫貫進入采空區(qū)150~200 m 處時,沿空巷長度增加,沿空巷內風壓降低風阻增大,導致沿空留巷抽排效果降低,上隅角瓦斯?jié)舛仍黾印K詾榱私鉀Q這一技術難題,決定施工煤柱孔進行帶抽。
(1)當?shù)谝粋€通風橫貫進入采空區(qū)150 m 后開始對上隅角進行煤柱孔帶抽施工。煤柱孔從5203回風順槽向5202 回風順槽施工,孔深為25 m,方位角為90°,傾角為-1°~2°。
(2)共計施工三組煤柱孔,每組10 孔,孔間距為1.0 m,孔直徑為50 mm。煤柱孔距頂板間距為1.5 m,相鄰兩組孔間距為10 m。
(3)鉆孔施工完畢后對上隅角進行負壓抽采。鉆孔瓦斯抽采期間應安排通風區(qū)負責煤柱孔日常管理,有塌孔、串孔現(xiàn)象時必須及時補打,并根據(jù)抽采現(xiàn)狀及時調整煤柱孔數(shù)量,達到集中抽采效果。
5202 工作面對上隅角采取“沿空留巷抽排+煤柱孔帶抽”聯(lián)合瓦斯治理技術后,通過工作面后期回采3 個月實際應用效果來看,采取聯(lián)合措施后解決了工作面?zhèn)鹘y(tǒng)U 型通風系統(tǒng)導致上隅角瓦斯積聚、瓦斯治理難度大等技術難題。工作面后期回采期間上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.2%~0.4%范圍,未出現(xiàn)因上隅角瓦斯超限導致工作面斷電現(xiàn)象,保證了工作面安全高效回采,取得了顯著成效。