利用頂板高位巷治理特厚煤層綜放開(kāi)采瓦斯超限

石 康

(大同煤礦集團(tuán) 四老溝煤礦，山西 大同 037003)

大同礦區(qū)石炭系C3-5號(hào)煤層厚度達(dá)14～20 m，屬于特厚煤層，上部賦存有多個(gè)不可采煤層，開(kāi)采方式為一次采全高綜放開(kāi)采，生產(chǎn)過(guò)程中具有采高大、開(kāi)采強(qiáng)度高、回采率低、采空區(qū)遺煤多、頂板破壞嚴(yán)重且范圍大等特點(diǎn)。雖然該煤層相對(duì)瓦斯涌出量較小(為0.5～0.7 m3/t)，但絕對(duì)瓦斯涌出量卻達(dá)到50～100 m3/min，因此相比以往的特厚煤層分層開(kāi)采方式，采用一次采全厚綜放開(kāi)采的瓦斯治理更加復(fù)雜，具體體現(xiàn)在：開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大造成絕對(duì)瓦斯涌出量激增；采場(chǎng)空間大造成采空區(qū)的瓦斯涌出量大；礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈造成瓦斯涌出不均衡。利用傳統(tǒng)的“U”型通風(fēng)不能解決瓦斯超限的問(wèn)題，因此提出了采用頂板高位巷引排鄰近煤層瓦斯，通過(guò)在某礦的工程實(shí)踐，取得了良好的瓦斯引排效果[1-4]。

1 頂板高位巷原理

工作面采空區(qū)受采動(dòng)影響，形成豎“三帶”，即冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶，從而造成采場(chǎng)圍巖松動(dòng)，對(duì)賦存在煤巖中的瓦斯產(chǎn)生卸壓作用。頂板高位巷沿著特厚煤層頂板掘進(jìn)，直至工作面切巷附近上方。工作面初次來(lái)壓后，頂板高位巷與采空區(qū)導(dǎo)通，此時(shí)積聚于采空區(qū)上方冒落帶的瓦斯被引排至頂板高位巷，隨著工作面不斷推進(jìn)，開(kāi)采擾動(dòng)致使采場(chǎng)上覆煤巖不斷形成新的裂隙帶，使得工作面前方煤巖體中的瓦斯得到充分釋放，受浮力作用，瓦斯上移集聚，進(jìn)入頂板高位巷。位于后部刮板輸送機(jī)和上隅角的瓦斯，基本上都積聚在上方冒落帶和裂隙帶中，在負(fù)壓作用下，積聚的瓦斯進(jìn)入頂板高位巷。因而頂板高位巷引排瓦斯具有良好的理論基礎(chǔ)和可行性，頂板高位巷布置示意見(jiàn)圖1。

2 工程背景

2.1 工作面概況

選取某礦C3-5號(hào)層8341工作面作為試驗(yàn)面，8341工作面走向長(zhǎng)2 800 m，傾向長(zhǎng)231.5 m，煤層平均厚度18 m，煤種為氣煤，埋深深度為480 m，煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。工作面采用三巷布置：①膠帶巷斷面為矩形，斷面尺寸為5.3 m×3.4 m，支護(hù)方式為錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，巷道沿煤層底板掘進(jìn)，主要功能是運(yùn)煤、進(jìn)風(fēng)，巷內(nèi)布置膠帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、設(shè)備列車(chē)等；②回風(fēng)巷斷面為矩形，斷面尺寸為5.1 m×3.4 m，支護(hù)方式為錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，巷道沿煤層底板掘進(jìn)，主要功能是運(yùn)輸物料和人員、通風(fēng)；③頂板高位巷斷面為矩形，斷面尺寸為3.8 m×3 m，支護(hù)方式為錨桿+錨索+鋼帶+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，巷道沿煤層頂板掘進(jìn)，水平投影內(nèi)錯(cuò)回風(fēng)巷20 m。

2.2 頂板高位巷布置依據(jù)

為了起到很好的引排效果，頂板高位巷應(yīng)布置于采空區(qū)裂隙帶，這是由于采空區(qū)裂隙帶透氣性好，瓦斯積聚豐富，且濃度高。將頂板高位巷布置于煤層上方，與采空區(qū)導(dǎo)通后，瓦斯更易于進(jìn)入頂板高位巷。依據(jù)大同礦區(qū)石炭系C3-5號(hào)層煤巖賦存地質(zhì)條件，頂板高位巷距回風(fēng)巷的水平投影距離宜選在18～22 m之間，如果水平距離不足18 m，巷道內(nèi)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏氣；如果水平距離超過(guò)22 m，頂板高位巷與采空區(qū)導(dǎo)通位置不在瓦斯富集區(qū)內(nèi)，引排效果較差。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

3 應(yīng)用效果

8341 工作面在高位巷未與工作面導(dǎo)通前，回風(fēng)巷道上隅角的瓦斯?jié)舛容^高，最高可達(dá)到 3%，遠(yuǎn)大于規(guī)程規(guī)定的要求。8341工作面頂板高位巷與工作面導(dǎo)通后，在引排負(fù)壓作用下，大量的瓦斯通過(guò)高位巷被引排排出，上隅角及采面的瓦斯大大降低，最高瓦斯?jié)舛葍H為 0.57%，有效消除了工作面上隅角瓦斯超限與回風(fēng)流瓦斯超限的隱患，見(jiàn)圖2。通過(guò)對(duì)導(dǎo)通后的高位巷進(jìn)行近10 d瓦斯觀測(cè)，數(shù)據(jù)顯示高位巷最大抽排瓦斯量 61 m3/min，平均抽排瓦斯量 35 m3/min，對(duì)抽排采空區(qū)瓦斯具有明顯效果。

圖2 頂板高位巷導(dǎo)通后上隅角和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸兓€(xiàn)

通過(guò)觀測(cè)8341工作面頂板高位巷的引排效果可得出：①工作面瓦斯涌出量和瓦斯引排量隨工作面開(kāi)采推進(jìn)度有關(guān)，開(kāi)采速度越快，瓦斯涌出量越大。因此，貿(mào)然提高工作面產(chǎn)量可能造成工作面上隅角瓦斯激增甚至超限，在綜合考量工作面回風(fēng)及瓦斯引排能力的基礎(chǔ)上才可進(jìn)行增產(chǎn)。②頂板高位巷只有在工作面初次來(lái)壓以后，即高位巷與采空區(qū)導(dǎo)通，才能進(jìn)行瓦斯引排，因此，在工作面初次來(lái)壓前，必須采取控制瓦斯的其他安全措施，防止初采期間的瓦斯超限。

4 結(jié) 語(yǔ)

1) 頂板高位巷引排采空區(qū)瓦斯是解決特厚煤層綜放開(kāi)采瓦斯超限的有效措施。該方法施工安全簡(jiǎn)便，特別適用于低透氣性高瓦斯煤層綜放開(kāi)采，推廣應(yīng)用價(jià)值高。

2) 頂板高位巷能否取到較好的引排效果，關(guān)鍵是巷道要布置在瓦斯富集且濃度高的裂隙帶內(nèi)。

3) 頂板高位巷布置在靠近回風(fēng)巷一側(cè)，可及時(shí)引排積聚在后部刮板輸送機(jī)和上隅角上方冒落帶和裂隙帶中的瓦斯，有效防止上隅角的瓦斯超限。