沿空掘巷工作面瓦斯治理技術研究

摘 要：文中分析了地應力對瓦斯賦存的影響，并采用鉆屑指標分析考察了沿空掘巷應力與鉆屑量之間的關系。由于留設煤柱寬度為6m，為了防止采空區與巷道之間出現貫通，采用噴漿及注漿封堵技術對小煤柱進行加固，取得了較好的瓦斯治理效果。

關鍵詞：沿空掘巷；瓦斯治理；注漿加固；鉆屑指標

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.071

西南地區是我國瓦斯事故發生的重災區，煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大，透氣性底，給礦井瓦斯治理難度高。沿空掘巷巷道在形成初期就受到地應力、采動影響以及瓦斯賦存影響等[1]。開采應力、瓦斯賦存等都會影響到沿空掘巷護巷煤柱寬度的確定，充分掌握瓦斯賦存以及應力分布規律可以提升巷道的掘進速度，保證巷道掘進安全，提升瓦斯治理效果[2]。

1 工作面概況

大灣礦X10901-3回采工作面位于1450水平，回采面設計走向長度為946m，可采長度為860m，傾斜長度為180m，開采9號煤層，煤層的原始瓦斯含量為11.5m3/t，瓦斯壓力為3.38MPa，煤層厚度最大為3m，最小厚度為1.2m，平均厚度為2.15m，煤層內含有多層加矸，結構較為復雜，煤層傾角在5°，老頂為淺灰色中厚層細砂巖，顯水平層理；直接底為深灰色中厚層泥巖。

2 沿空掘巷應力區分布

2.1 地應力對瓦斯賦存影響

在巷道掘進的煤巖環境中煤的物化性質、地應力、瓦斯壓力等共同作用形成煤與瓦斯突出。其中主控因素為瓦斯壓力場以及地應力場[3]。在瓦斯壓力場及地應力場的綜合作用之下，煤層本身的物理性質會隨之發生一定的變化，本身的應力平衡失穩，賦存不穩定[4-5]。通過降低煤層瓦斯壓力，增加有效應力可以在一定程度上提升煤體的自身抵抗破壞的能力。沿空掘巷對瓦斯進行治理可以從應力集中區分布，集中區域內煤體破壞程度，彈性變形區分布等方面，掌握以及確定合理的煤柱寬度，確保沿空掘巷巷道在掘進期間可以起到良好的瓦斯治理效果。

2.2 鉆屑指標分析考察應力分布

采用鉆屑指標作為預測煤與瓦斯突出的一個敏感值，同時也可以將此指標作為獲取回采面礦壓規律分布的規律的指標。當取樣點位于應力集中區域時，取得的鉆屑量增加，通過分析獲取的鉆屑量、瓦斯壓力以及應力分布情況，獲得的巷道周邊煤體內的應力分布如圖1所示。

通過對X10901-3工作面沿空掘巷巷道在掘進期間的不同鉆孔深度的鉆屑量值進行統計，具體如表1所示，從表中可以看出，鉆孔深度在8m時取得的鉆屑量與公式S0=ax+b相吻合，通過相關的數值擬合分析，巷道掘進期間敏感指標預測校驗值取樣地點均是取位于應力峰值之前。

從淺孔鉆屑指標分析考察，深入到深孔。施工深度為30m鉆孔，并對每m范圍內的鉆屑質變分布情況分析統計，在巷道掘進期間選用兩個間距60m的鉆孔，鉆孔深度均為30m，對不同孔深的鉆屑量指標進行考察，具體如圖2所示。從圖中可以看出，隨著鉆孔深度的增加，孔深接近到17.5m以及21m位置時，鉆屑量達到最大值，這與側向應力集中有較為明顯關聯。

3 沿空掘巷瓦斯治理技術分析

3.1 地應力對瓦斯分布影響

煤體本身屬于多孔隙介質，不同性質的煤炭具有的孔隙結構、縫隙等均有區別。地應力對煤層孔隙有明顯影響。在采掘作用影響下，引起應力降低時，煤層內的裂隙出有較大幅度的增加，煤層的透氣性增高是多個數量級級別，這種應力場的變化給瓦斯運移，瓦斯涌出都有較大的影響。

3.2 預留煤柱寬度分析

大灣礦開采的9號煤層屬于焦煤、廋煤，從不同煤中巷排瓦斯帶寬度（具體如表2所示）可以看出，巷道煤壁暴露時間超過300d時，巷排瓦斯帶寬度可以達到18m以上。護巷煤柱留設6m，可以確保煤柱位于巷排瓦斯帶之內。

3.3 小煤柱側注漿封堵瓦斯技術

在X10901-3沿空掘巷工作面與上區段采空區間留設有寬度6m的護巷小煤柱，巷道掘進的斷面在寬4m，高3.2m，巷道采用錨索、錨桿、金屬網配合工字鋼支護。通過對掘進期間瓦斯涌出監測發現，在掘進工作面順槽有瓦斯涌出，濃度在0.5%左右，為了防止正常生產期間造成采空區內與掘進巷道聯通，造成采空區瓦斯大量涌出到掘進巷道，采用噴注堵漏方式。

（1）以X10901-3沿空掘巷工作面中線為界，將靠近在采空區側的煤壁以及頂板進行混凝土噴射，噴射的厚度在100～200mm。通過對巷道小煤柱幫邊進行噴射，既可以做到封堵小煤柱裂隙作用，還可以與煤柱注漿結合，增強煤柱自身強度。

（2）煤柱注漿。在已經噴漿的小煤柱側，采用注漿方式封堵煤柱內的孔隙，防止采空區與掘進巷道之間聯通，造成采空區瓦斯向巷道涌出。采用型號為TBW50/15的注漿泵，堵漏劑的配合比為高分子材料：水=1.5：1000。將出料管與注漿鉆孔出漿口，鉆孔套管等安裝牢固，用清水對注漿管路以及注漿孔進行清洗，確保注漿管路以及鉆孔通暢。

在小煤柱上設計2排注漿鉆孔，第一排鉆孔距離巷道頂板距離為400mm，向上與頂板夾角呈30°，鉆孔深度為4000mm，第二排鉆孔距離巷道頂板1000mm，與頂板夾角呈10°，鉆孔深度為4000mm，兩排鉆孔間交叉布置，鉆孔孔間距設計為1500mm，具體鉆孔布置如圖3所示。

4 總結

將沿空掘巷巷道布置在側向應力的降低區，不僅可以降低巷道圍巖的控制難度，而且還能起到排放瓦斯的作用，對巷道掘進后，在沿空掘巷道內每隔50m布置一組瓦斯含量取樣測量鉆孔，測得的瓦斯含量在4.3～5.8m3/t，均在規定的安全值以內。同時由于留設的煤柱寬度在6m，為了防止側向采空區與沿空掘巷之間出現聯通，產生瓦斯運移通道，在小煤柱側采用噴漿并結合注漿方式，防止了瓦斯涌出，取得了良好的應用效果。

參考文獻：

[1]李書文，王冕.新安煤礦沿空掘巷瓦斯治理技術研究[J].煤炭技術，2018，37（06）：182-184.

[2]葛領勛.高瓦斯煤層沿空掘進采空區瓦斯治理技術研究[J].煤炭與化工，2015，38（12）：122-123+126.

[3]胡煥良.沿空掘巷工作面瓦斯綜合治理方法分析研究[J].山東煤炭科技，2014（07）：7-8.

[4]舒生.中嶺礦中厚煤層沿空掘巷瓦斯防治技術的研究[A].中國煤炭學會煤礦安全專業委員會.中國煤炭學會煤礦安全專業委員會2009年學術研討會交流論文（部分）[C].中國煤炭學會煤礦安全專業委員會：中國煤炭學會，2009：4.

[5]王多春，李志.高應力大傾角含水極松軟圍巖巷道綜合控制機理及支護技術研究[J].煤礦開采，2007（04）：49-51.

作者簡介：張家文（1970-），男，貴州黔西人，大專，工程師，副主任工程師，從事煤礦“一通三防”工作。