綜采工作面上隅角頂板及瓦斯治理研究

張志勤

（山西焦煤集團(tuán)嵐縣正利煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033500）

1 14-1201 綜采工作面概況

正利煤業(yè)14-1201 綜采工作面東鄰實(shí)煤，西鄰14-1101 工作面采空區(qū)，北鄰二采區(qū)集中軌道巷，南鄰礦界。工作面采長280 m，開采4-1 號(hào)煤層，煤層結(jié)構(gòu)為0.71（0.13）2.32，煤層頂板為砂質(zhì)泥巖和砂巖，底板為泥巖，下與4 號(hào)煤層平均距離為4 m。4-1 號(hào)煤層厚度為1.90～3.50 m，平均為2.34 m。

2 綜采工作面上隅角懸頂原因、危害及治理

2.1 綜采工作面上隅角懸頂原因及危害

該工作面掘進(jìn)期間，為保證頂板支護(hù)強(qiáng)度，在靠近切眼近500 m 范圍內(nèi)，先后采用柔性支護(hù)、多圈層錨索試驗(yàn)，并進(jìn)行全錨索支護(hù)，導(dǎo)致初采時(shí)上隅角頂板不易垮落，形成了一定的空頂面積，采空區(qū)空頂隨時(shí)有可能大面積垮落，引起瓦斯大面積涌出，對礦井生產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。

根據(jù)懸頂面積在上隅角三角區(qū)域的結(jié)構(gòu)分析，得出造成懸頂?shù)母驹蚴侵ёo(hù)強(qiáng)度超過所受的外載荷力。因此，減少外力的支撐和破壞頂板的完整性是控制頂板的有效措施，具體操作有：切除錨索，取消錨索對頂板的支護(hù)作用；采用外力來破壞頂板的完整性。

2.2 綜采工作面上隅角頂板治理

2.2.1 加強(qiáng)上隅角退錨管理

以最外一架超前支架前端為基準(zhǔn)，利用退錨器，將最近一排錨索全部退去，然后依次退錨，破壞錨索對頂板的支護(hù)作業(yè)；因頂板下沉，導(dǎo)致錨索鎖具變形，無法退下鎖具時(shí)，利用水利切割器切割鎖具，退掉錨索，確保頂板及時(shí)垮落。

2.2.2 加強(qiáng)超前段預(yù)裂頂板

經(jīng)過切割錨索，頂板仍不能下沉?xí)r，在最外一組超前架前端施工密集孔，破壞頂板完整性，預(yù)裂頂板；當(dāng)密集孔不能預(yù)裂時(shí)，在超前段打深孔，利用深孔爆破、巖石產(chǎn)氣壓裂劑、高壓水力壓裂等新技術(shù)，破壞頂板完整性，確保頂板及時(shí)垮落。

3 綜采工作面上隅角瓦斯來源、危害及治理

3.1 綜采工作面上隅角瓦斯來源及分析

依據(jù)太原理工大學(xué)編制的《14-1201 工作面瓦斯治理方案》，14-1201 工作面預(yù)計(jì)最大絕對瓦斯涌出量為22.01 m3/min。該工作面在掘進(jìn)時(shí)瓦斯涌出量為1.8 m3/min，局部區(qū)段最大瓦斯涌出量達(dá)到2.64 m3/min。14-1201 綜采工作面回采過程中，回采工作面瓦斯涌出以開采層為主、鄰近層為輔，其中開采層瓦斯涌出量占回采工作面瓦斯涌出量的52.4%，鄰近層瓦斯涌出量占回采工作面瓦斯涌出的47.6%。加之該工作面采長較大，且工作面內(nèi)受斷層影響，工作面瓦斯絕對涌出量為7～9 m3/min，上隅角采用插管抽放方式治理瓦斯，抽放濃度（體積分?jǐn)?shù)）為1.5%左右，抽放純量為2.7 m3/min，隨時(shí)有著超限的安全風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重制約著安全生產(chǎn)。

3.2 綜采工作面上隅角瓦斯治理措施

3.2.1 合理配風(fēng)法

根據(jù)14-1201 工作面瓦斯涌出量，對工作面進(jìn)行合理配風(fēng)，盡量減少采空區(qū)漏風(fēng)，進(jìn)而減少采空區(qū)瓦斯向上隅角運(yùn)移。必要時(shí)，調(diào)整主通風(fēng)機(jī)風(fēng)葉角度，適當(dāng)增大總風(fēng)量，使工作面上隅角瓦斯積聚風(fēng)流與工作面主進(jìn)風(fēng)流的對流作用加強(qiáng)，促使上隅角瓦斯隨風(fēng)流排出。

3.2.2 風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)法

該方法屬于工作面上隅角治理瓦斯最常見的方法，具體來說是在工作面上隅角設(shè)置風(fēng)障，將風(fēng)障一頭緊貼進(jìn)風(fēng)流的煤壁、沿著工作面10～15 個(gè)支架懸掛，另一頭懸掛在上隅角，引導(dǎo)風(fēng)流進(jìn)入上隅角來稀釋該區(qū)域聚集的瓦斯。

3.2.3 調(diào)斜工作面切眼推進(jìn)

及時(shí)調(diào)斜工作面切眼推進(jìn)，保證工作面機(jī)頭超前機(jī)尾4～7 m，避免工作面上隅角風(fēng)流形成渦流，利用工作面風(fēng)流自然沖刷上隅角，稀釋該區(qū)域聚集的瓦斯。

3.2.4 控制采煤機(jī)割煤速度

嚴(yán)格控制采煤機(jī)割煤速度，當(dāng)機(jī)頭1～30 號(hào)支架割煤時(shí)，機(jī)組司機(jī)必須將采煤機(jī)割煤速度控制在2 m/min 以內(nèi)，割底板巖石時(shí)必須采取人工灑水，防止產(chǎn)生火花；支架工拉移機(jī)頭段支架時(shí)，必須減慢拉移速度，防止頂板突然垮落、擠出采空區(qū)瓦斯而造成瞬時(shí)瓦斯超限。瓦斯異常時(shí)，科隊(duì)干部要每班跟班，嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)瓦斯專項(xiàng)治理措施，確保責(zé)任到人、落實(shí)到位、管控有效。

3.2.5 使用引射式瓦斯稀釋器

在回風(fēng)順槽超前維護(hù)段吊掛引射式瓦斯稀釋器，引射器吸風(fēng)口接伸縮式風(fēng)筒，排放口設(shè)在T1 傳感器下風(fēng)側(cè)5 m 以外，風(fēng)筒末設(shè)在上隅角密集前，抽放上隅角瓦斯，以達(dá)到降低上隅角瓦斯的效果。

3.2.6 上隅角插管抽放法

沿回風(fēng)順槽架設(shè)瓦斯抽放管路，利用瓦斯抽放泵對上隅角瓦斯進(jìn)行抽排，使瓦斯?jié)舛龋w積分?jǐn)?shù)）控制在0.6%以下。

3.2.7 低位裂隙孔抽放法

根據(jù)瓦斯治理情況，采用其他措施難以治理時(shí)，在工作面回采前，通過對采空區(qū)上覆巖石移動(dòng)與瓦斯?jié)B流研究確定鉆孔布置方式，在工作面回風(fēng)順槽鉆場內(nèi)沿著工作面走向的低位裂隙帶布置定向鉆孔，實(shí)現(xiàn)對裂隙帶瓦斯的充分抽放，降低回風(fēng)工作面上隅角和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛龋鸬街卫硗咚沟淖饔谩?/p>

3.2.8 上隅角設(shè)專職瓦斯檢查員

14-1201 工作面回采期間，在上隅角設(shè)專職瓦檢員，專職負(fù)責(zé)上隅角及工作面機(jī)頭、超前維護(hù)段的瓦斯檢查，抽放管路、稀釋器、回風(fēng)隅角風(fēng)障使用管理工作，確保各項(xiàng)瓦斯治理措施落實(shí)到位，保證瓦斯治理到位，為工作面安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

3.2.9 加強(qiáng)安全監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備管理

工作面、回風(fēng)巷及回風(fēng)隅角安全監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備必須嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行吊掛、調(diào)校，確保能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測工作面、回風(fēng)流及上隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

4 結(jié)語

在治理上隅角瓦斯的措施上，應(yīng)首要掌握頂板情況及上隅角瓦斯主要來源和瓦斯積聚超限的原因，并在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌安排部署，根據(jù)實(shí)際情況制定措施，合理控制上隅角的瓦斯，確保安全生產(chǎn)。

正利煤業(yè)14-1201 綜采工作面上隅角，面對空前的瓦斯治理難度，各級領(lǐng)導(dǎo)高度重視，在上隅角頂板治理上，通過采用常規(guī)退錨器退錨、水利切割退錨、密集孔預(yù)裂頂板、深孔爆破預(yù)裂頂板、巖石產(chǎn)氣壓裂頂板、高壓水力壓裂頂板等措施，避免了頂板大面積懸頂；在瓦斯治理上采用控制采機(jī)速度法、風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)法、調(diào)斜切眼法、引射器抽排法、上隅角插管抽放法、低位裂隙抽放法、合理配風(fēng)法、設(shè)專職瓦斯檢查員、加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控等措施，有效地解決了上隅角瓦斯積聚超限問題，為安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。