王家寨煤礦中厚煤層切頂留巷瓦斯抽采關(guān)鍵技術(shù)研究

摘" 要：王家寨煤礦煤炭生產(chǎn)主要以傳統(tǒng)121留煤柱開采工法為主，掘進成本高，瓦斯治理時間長。采取瓦斯抽采巷作為區(qū)域防突措施的情況下，每個回采工作面需掘進四條巷道，萬噸掘進率居高不下，月均單進速度慢，造成礦井接續(xù)持續(xù)緊張，采用110工法可有效解決礦井接續(xù)緊張問題。本文通過切頂卸壓沿空留巷，并同時采取相應(yīng)瓦斯抽采措施，分析了留巷巷道頂板壓力分布規(guī)律和瓦斯分布規(guī)律，可在王家寨煤礦相同地質(zhì)條件下的地方推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：切頂卸壓；沿空留巷；瓦斯抽采；壓力分布

王家寨煤礦用長壁式采煤方法，綜合機械化采煤工藝，全部垮落法管理頂板，以傳統(tǒng)121留煤柱開采工法為主，掘進支護成本高，瓦斯治理時間長，殘留煤柱的留設(shè)也造成了資源的大量損失[1-2]。采取瓦斯抽采巷作為區(qū)域防突措施的情況下，每個回采工作面需掘進四條巷道，萬噸掘進率居高不下，月均單進速度慢，造成礦井接續(xù)持續(xù)緊張，因此，王家寨煤礦在10605綜采工作面運輸巷開展切頂卸壓自動成巷及瓦斯抽采技術(shù)研究，解決礦井接續(xù)緊張問題，實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

1.礦井概況

貴州魯中礦業(yè)有限責任公司王家寨煤礦位于貴州省畢節(jié)市納雍縣王家寨鎮(zhèn)大沖村，生產(chǎn)規(guī)模30萬t/a，開采深度由1825m至1200m標高，東西長約3 km，南北寬約2.1 km，面積為6.0689 km2，礦井采用平硐-斜井開拓方式，可采煤層為M6、M15和M30煤層。目前開采一采區(qū)M6煤層10605工作面，煤層厚1.44～6.08m，平均厚度4.3m，傾角平均12°，走向16°，傾向286°左右，自燃發(fā)火傾向性為Ⅲ類，屬不易自燃煤層，無爆炸危險性。回采工作面采用綜采工藝，礦井瓦斯絕對涌出量為15.44m3/min，屬于煤與瓦斯突出礦井。

10605工作面運輸巷383m、10605工作面切眼204m，10605回風巷385m，工作面計劃沿煤層頂板進行回采，設(shè)計采高3.8m，留底煤，實驗巷道為10605工作面運輸巷383m，現(xiàn)因10607工作面距離切眼位置100米上方范圍內(nèi)有居民不再回采，實驗巷道為10605工作面運輸巷留巷距離為293m，10605工作面運輸巷留巷系統(tǒng)示意圖見圖1。

2.切頂留巷技術(shù)方案

2.1 恒阻錨索加強支護

為了保證切頂過程和周期來壓期間巷道的穩(wěn)定性，在對巷道頂板進行預(yù)裂切頂前采用恒阻大變形錨索補強加固。為使恒阻錨索在留巷的過程中發(fā)揮較好的懸吊作用，同時有效保護錨固端，恒阻錨索長度一般設(shè)計為H縫+（1～2）m，并確保錨固端位于較穩(wěn)定巖層內(nèi)。恒阻錨索設(shè)計長度為15.3m，恒阻錨索補強支護密度一般為每米補打1～2根錨索，另外恒阻錨索主要布設(shè)于切縫側(cè)對于頂板支護更為有利。根據(jù)以往工程經(jīng)驗，結(jié)合巷道原有支護形式和參數(shù)，設(shè)計留巷順槽內(nèi)恒阻大變形錨索垂直于頂板方向布置，共布設(shè)3列，第一列恒阻錨索距留巷正幫600mm，排距10000mm；第二列位于巷道中線偏向于正幫方向布設(shè)，與中線距離為1000mm，距第一列橫阻錨索1150mm，排距為2000mm；第三列距第二列錨索2000mm布置，排距為2000mm。第一列恒阻錨索相鄰錨索之間用W鋼帶連接，W鋼帶平行于巷道走向。10605工作面運輸巷留巷斷面及平面示意圖見圖2。

2.2 恒阻錨索加強支護

采用雙向聚能爆破預(yù)裂技術(shù)，將特定規(guī)格的炸藥裝在兩個設(shè)定方向有聚能效應(yīng)的聚能裝置中，炸藥起爆后，炮孔圍巖在非設(shè)定方向上均勻受壓，而在設(shè)定方向上集中受拉，依靠巖石抗壓怕拉的特性，使巖石按設(shè)定方向拉裂成型，從而實現(xiàn)被爆破體按設(shè)定方向張拉斷裂成型。根據(jù)以往切頂卸壓沿空留巷經(jīng)驗及《無煤柱自成巷110工法規(guī)范》，合理預(yù)裂切縫深度（H縫）設(shè)計一般大于2.6倍采高，即H縫≥2.6 H煤；

另外預(yù)裂切縫鉆孔深度與采高、頂板下沉量及底鼓量有關(guān)，一般通過如下方式確定：

式中：

ΔH1：頂板下沉量，m；

ΔH2：底臌量，m；

k：碎脹系數(shù)，1.3～1.5；

綜合考慮結(jié)合頂板巖性情況，預(yù)裂切縫孔深度設(shè)計為13.5m。

2.3 通風設(shè)計方案

切頂留巷無煤柱開采技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用越來越廣泛，煤與瓦斯突出礦井一般采用“兩進一回” Y 型通風方式[3-4]，利用回風巷來降低回風中瓦斯?jié)舛?。GOU[5]、LI[6]、ZHANG 等開展了大量關(guān)于Y 型通風模式下采空區(qū)流場數(shù)值模擬研究，模擬結(jié)果均驗證了 Y 型通風下的輔助進風巷可以較好地解決上隅角瓦斯超限的問題。工作面巷道布置采用一進兩回的Y型通風方式。10605運輸巷為進風巷，10605回風巷和10605運輸?shù)装宄榉畔镒鳛榛仫L，通風路線示意圖如圖3所示。

通風路線1：1650軌道大巷→10605運輸聯(lián)絡(luò)巷→10605運輸巷到留巷→10605運輸?shù)壮橄铩?0605底抽?；亍?650回風大巷→回風大巷→地面

通風路線2：1650軌道大巷→10605運輸聯(lián)絡(luò)巷→10605運輸巷到工作面→10605回風巷→10605面?；亍?650回風大巷→回風大巷→地面

3.瓦斯抽采方案

切頂成巷擋矸側(cè)采空區(qū)封閉后，切頂成巷工作面采空區(qū)積聚大量瓦斯，為了提高礦井安全生產(chǎn)可靠性，同時對采空區(qū)瓦斯進行資源開發(fā)利用，對采空區(qū)實施瓦斯抽采。在切頂成巷矸石幫每隔3m/6m布置抽采鉆孔，用法蘭盤將瓦斯抽采管與抽采主管段連接，矸石幫瓦斯抽采管深入矸石幫采空區(qū)500mm，其管口采用沙網(wǎng)封口，從而防止抽采過程中矸石堵塞抽采口。矸石幫瓦斯抽采管埋管位置距頂板 0.3m，每根瓦斯抽采管道設(shè)置獨立三通和閘閥與瓦斯抽采管道相連，使得能夠獨立控制瓦斯抽采管道數(shù)量及抽采流量，進而控制采空區(qū)瓦斯向工作面、切頂巷道運移，實現(xiàn)切頂成巷矸石幫采空區(qū)高濃度瓦斯埋管抽放，切頂成巷矸石幫埋管抽采如圖4。

4.礦壓和瓦斯分布規(guī)律

4.1礦壓分布規(guī)律

由圖5可知切頂成巷圍巖頂板下沉量整體為153mm，留巷頂?shù)装逡平繛?86mm，留巷底鼓量為233mm。根據(jù)切頂成巷巷道頂板下沉速率判斷巷道圍巖運動程度：滯后工作面0～65m范圍內(nèi)，頂板下沉速率大于10mm/d，此時留巷頂板處于變形劇烈階段，此階段留巷上覆基本頂斷裂，巷道頂板受動壓擾動影響劇烈，頂板變形較大；滯后工作面65～173m范圍內(nèi)，頂板下沉速率大于2mm/d，此時留巷頂板處于變形緩慢階段，此階段切頂成巷受基本頂回轉(zhuǎn)影響，基本頂與采空區(qū)矸石接觸，頂板下沉逐漸趨于穩(wěn)定，巷道頂?shù)装逡平俣蕊@著降低；隨著工作面推進，滯后工作面距離大于173m時，此階段，采空區(qū)矸石碎脹逐漸處于壓實狀態(tài)，巷道支護體系與巷道圍巖達到平衡狀態(tài)，留巷頂?shù)装逄幱谧冃畏€(wěn)定階段，巷道頂?shù)装逡平孔兓€見圖5。

4.2瓦斯分布規(guī)律

與121開采U型通風相比，切頂成巷一進兩回的Y型通風增加了工作面回風通道，使得工作面隅角瓦斯?jié)舛蕊@著降低，避免了工作面隅角瓦斯超限問題，同時使工作面乏風經(jīng)切頂成巷巷道分流，保證了工作面安全。110工法成巷回風流較121工法回風流瓦斯?jié)舛冉档?0.7%，切頂成巷內(nèi)瓦斯平均濃度為0.33%，滿足生產(chǎn)、行人和通風安全生產(chǎn)要求，測點瓦斯?jié)舛确植家?guī)律見圖6。

5.結(jié)論

（1）王家寨煤礦通過切頂留巷無煤柱開采技術(shù)的應(yīng)用，可以最大限度回收煤炭資源，減少煤炭資源損失率。

（2）通過沿空留巷無煤柱開采技術(shù)的應(yīng)用，可以減少一條順槽巷道的施工，減少掘進工程量及降低職工勞動強度，縮短接續(xù)時間，特別是針對王家寨煤礦掘進隊伍少、接續(xù)緊張問題，極大的緩解了礦井采掘接替矛盾，另外通過減少順槽巷道的施工，可以有效降低礦井萬噸掘進率及提高噸煤工效。

（3）提出了突出煤層切頂卸壓無煤柱自成巷瓦斯防治綜合技術(shù)，包括碎石幫封閉、采空區(qū)埋管抽采等技術(shù)。為了充分利用采空區(qū)高濃度瓦斯，建立了切頂卸壓自成巷采空區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)，該系統(tǒng)由擋矸側(cè)采空區(qū)瓦斯埋管抽采系統(tǒng)、采空區(qū)裂隙帶瓦斯抽采系統(tǒng)，將采空區(qū)瓦斯變?yōu)橘Y源回收進行利用。

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