淺析煤礦綜采面采空區懸頂處理技術

谷亮鴿,

（中國神華神東煤炭集團保德煤礦,山西 保德 036600）

淺析煤礦綜采面采空區懸頂處理技術

谷亮鴿,羅伙根

（中國神華神東煤炭集團保德煤礦,山西 保德 036600）

針對神東礦區高瓦斯礦井屬于復合型頂板的綜采面瓦斯治理的實際情況，為防止采空區大面積懸頂突然垮落造成瓦斯事故，提出了以退錨索、高壓預裂、碼放黃土袋、斷網為主的采空區懸頂處理技術，防止采空區大面積懸頂突然垮落造，從而保證了高產高效順利進行，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永恒的主題，對于瓦斯含量較低和地質條件簡單的礦井，瓦斯治理并不難，一般采用通風方法便可解決。反之，如果是高突礦井且地質條件復雜的礦井，還會采用超前預抽、泄壓，采空區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引射器引排法、小型液壓風機吹散法、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的開采解放層、超前預抽和邊采邊抽的工藝，如陽泉、晉城礦務局等[5]。煤礦開采技術發展日新月異，國內已經有綜采工作面瓦斯治理技術的相關研究[6-9]，但是，由于綜合機械化采煤的開采強度大、速度快，導致工作面瓦斯涌出量較大，最終形成大面積的采空區，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生。綜采工作面的頂板大多為復合型頂板，工作面推過后有時會出現順槽段采空區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，現有的抽采和風排無法及時排除和稀釋瞬間的有害氣體，不但危及作業人員安全，而且可能導致瓦斯事故[10]。為保證工作面推進后隅角懸頂及時垮落，對采空區懸頂處理技術進行了系統研究，提出了具體的技術方法。

1 81305綜采面概況

保德煤礦位于山西省保德縣境內，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，采用走向長壁綜合機械化放頂煤采煤方法回采。工作面長240m，推進長度2696m，煤層厚度平均6.6m，煤層傾角平均4o左右，屬厚煤層。煤層結構復雜，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，為實現高瓦斯礦井高標準管理，山西省煤炭工業廳要求采掘工作面的瓦斯傳感器的報警、斷電、復電濃度在《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》（AQ1029—2007）規定的基礎上下調20%進行管理。以神東公司高瓦斯礦井保德煤礦某一綜采工作面為實際研究對象，經過實踐，保德煤礦在瓦斯治理方面總結和提煉出了一套行之有效、科學合理的瓦斯治理模式：預抽模式為：多打孔、嚴封閉、綜合抽，采空區抽采模式為：大管徑、低負壓、大流量[11]。81305工作面回采期間采取風排、本煤層預抽、采空區抽放聯合治理瓦斯方案。

3 采空區懸頂處理技術

3.1 提前退錨索

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

3.2 高壓注水預裂頂板

高壓注水預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物和部分礦物溶解，減小層間粘結力；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。在綜放面進風巷和回風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°，回風順槽鉆孔設計深度70m，回風順槽孔深50m，鉆孔開孔間距30m，孔徑80～90mm，進風順槽注水鉆孔傾角30°，回風順槽傾角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，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外，還與頂板巖性和注水時間等因素有關，在未考察前注水半徑暫按15m考慮，即注水孔間距30m。

3.3 構筑黃土袋墻

在充分實施退錨索措施、頂板高壓注水預裂后，仍不能有效控制懸頂面積、確保兩順槽采空區頂板隨工作面推進及時垮落時，應在工作面隅角在副幫和后部運輸機電機之間處施工黃土袋墻，以控制向采空區后部漏風，阻止遺煤氧化，消除采空區自然發火隱患和減少頂板突然垮落時有害氣體涌出量。當兩順槽采空區懸頂滯后切頂線超過10m時，應在兩順槽隅角構筑黃土袋墻。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。碼放寬度要求左側距離后部運輸機電機預留0.5m，右側緊貼巷道副幫，貼副幫碼放與支架搭接，封堵采空區。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生。

回采工作面隅角以里黃土袋碼放示意圖

3.4 斷網

雖然實施退錨索工藝，但是仍有部分錨索無法退掉，采空區頂板垮落時經常會將錨索托盤崩掉，而采空區積存的瓦斯濃度為5%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。同時，為防止靜電傳導至采空區，要求對回采工作面回風順槽每隔20m斷網，斷網的標準為：巷道全斷面斷網一次，寬度為200～300mm，為保證支護強度，斷網期間要求一邊斷網一邊補掛塑料網，正幫側為塑料網不需斷。

4 懸頂處理效果分析

根據礦方生產指揮中心監測監控系統統計數據，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，最大瓦斯濃度2.46%。由于采用綜合瓦斯防治技術和懸頂處理技術等，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，一次為無計劃停泵影響。通過采用退錨索、高壓預裂、碼放黃土袋、斷網等懸頂處理技術，取得很好成效，基本上能夠杜絕瓦斯事故的發生。

5 結語

通過系統研究，提出了以退錨索、高壓預裂、碼放黃土袋、斷網為主的采空區懸頂處理技術，并形成了固定的管理制度下發嚴格執行，由此可大大減少采空區大面積懸頂突然垮落造成瓦斯事故，從而保證了高產高效順利進行。對本礦井深部區瓦斯開采和其他類似條件下的綜采工作面，具有一定的實際借鑒意義。

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[3]馬丕梁,蔡成功.我國煤礦瓦斯綜合治理現狀及發展戰略[J].煤炭科學技術,2007（12）:7-11+16.

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[5]李保東.高產高效工作面瓦斯綜合治理技術研究現狀[J].煤礦安全,2011（05）:120-122.

[6]尤文順.神東保德煤礦瓦斯防治技術[J].煤炭工程,2006（06）:64-66.

[7]武晉帆.五虎山煤礦瓦斯綜合治理技術研究[D].太原理工大學,2011.

[8]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京:煤炭工業出版社,2001.

[9]羅伙根,張增輝.保德煤礦81304綜放工作面上隅角瓦斯治理[J].煤礦安全,2012（09）:126-128.

[10]遲春曉,房旭剛,唐新建.綜放工作面上隅角瓦斯超限的研究與處理[J].內蒙古煤炭經濟,2007(06):96-98.

[11]《關于轉發〈國家煤礦安監局關于深入貫徹落實國辦發[2011]26號文件精神,進一步加強煤礦瓦斯防治監察監管的通知〉的通知》(晉煤瓦發[2011]1091號)[S].山西省煤炭工業廳,2011.