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(jìn)成本高，瓦斯治理時(shí)間長(zhǎng)。采取瓦斯抽采巷作為區(qū)域防突措施的情況下，每個(gè)回采工作面需掘進(jìn)四條巷道，萬(wàn)噸掘進(jìn)率居高不下，月均單進(jìn)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(shí)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(zhǎng)壁式采煤方法，綜合機(jī)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(jìn)支護(hù)成本高，瓦斯治理時(shí)間長(zhǎng)，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(gè)回采工作面需掘進(jìn)四條巷道，萬(wàn)噸掘進(jìn)率居高不下，月均單進(jìn)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(yùn)輸巷開展切頂卸壓自動(dòng)成巷及瓦斯抽采技術(shù)研究，解決礦井接續(xù)緊張問題，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

1.礦井概況

貴州魯中礦業(yè)有限責(zé)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(wàn)t/a，開采深度由1825m至1200m標(biāo)高，東西長(zhǎng)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(wú)爆炸危險(xiǎn)性。回采工作面采用綜采工藝，礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為15.44m3/min，屬于煤與瓦斯突出礦井。

10605工作面運(yùn)輸巷383m、10605工作面切眼204m，10605回風(fēng)巷385m，工作面計(jì)劃沿煤層頂板進(jìn)行回采，設(shè)計(jì)采高3.8m，留底煤，實(shí)驗(yàn)巷道為10605工作面運(yùn)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(shí)驗(yàn)巷道為10605工作面運(yùn)輸巷留巷距離為293m，10605工作面運(yùn)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(qiáng)支護(hù)

為了保證切頂過程和周期來(lái)壓期間巷道的穩(wěn)定性，在對(duì)巷道頂板進(jìn)行預(yù)裂切頂前采用恒阻大變形錨索補(bǔ)強(qiáng)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(shí)有效保護(hù)錨固端，恒阻錨索長(zhǎng)度一般設(shè)計(jì)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(jì)長(zhǎng)度為15.3m，恒阻錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)密度一般為每米補(bǔ)打1～2根錨索，另外恒阻錨索主要布設(shè)于切縫側(cè)對(duì)于頂板支護(hù)更為有利。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合巷道原有支護(hù)形式和參數(shù)，設(shè)計(jì)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(yùn)輸巷留巷斷面及平面示意圖見圖2。

2.2 恒阻錨索加強(qiáng)支護(hù)

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(gè)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(shí)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(yàn)及《無(wú)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(jì)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(jì)為13.5m。

2.3 通風(fēng)設(shè)計(jì)方案

切頂留巷無(wú)煤柱開采技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，煤與瓦斯突出礦井一般采用“兩進(jìn)一回” Y 型通風(fēng)方式[3-4]，利用回風(fēng)巷來(lái)降低回風(fēng)中瓦斯?jié)舛取OU[5]、LI[6]、ZHANG 等開展了大量關(guān)于Y 型通風(fēng)模式下采空區(qū)流場(chǎng)數(shù)值模擬研究，模擬結(jié)果均驗(yàn)證了 Y 型通風(fēng)下的輔助進(jìn)風(fēng)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(jìn)兩回的Y型通風(fēng)方式。10605運(yùn)輸巷為進(jìn)風(fēng)巷，10605回風(fēng)巷和10605運(yùn)輸?shù)装宄榉畔镒鳛榛仫L(fēng)，通風(fēng)路線示意圖如圖3所示。

通風(fēng)路線1：1650軌道大巷→10605運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷→10605運(yùn)輸巷到留巷→10605運(yùn)輸?shù)壮橄铩?0605底抽專回→1650回風(fēng)大巷→回風(fēng)大巷→地面

通風(fēng)路線2：1650軌道大巷→10605運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷→10605運(yùn)輸巷到工作面→10605回風(fēng)巷→10605面專回→1650回風(fēng)大巷→回風(fēng)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(shí)對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行資源開發(fā)利用，對(duì)采空區(qū)實(shí)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(dú)立三通和閘閥與瓦斯抽采管道相連，使得能夠獨(dú)立控制瓦斯抽采管道數(shù)量及抽采流量，進(jìn)而控制采空區(qū)瓦斯向工作面、切頂巷道運(yùn)移，實(shí)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(dòng)壓擾動(dòng)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(shí)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(jìn)，滯后工作面距離大于173m時(shí)，此階段，采空區(qū)矸石碎脹逐漸處于壓實(shí)狀態(tài)，巷道支護(hù)體系與巷道圍巖達(dá)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(fēng)相比，切頂成巷一進(jìn)兩回的Y型通風(fēng)增加了工作面回風(fēng)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(shí)使工作面乏風(fēng)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(fēng)流較121工法回風(fēng)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(fēng)安全生產(chǎn)要求，測(cè)點(diǎn)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(wú)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(wú)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(jìn)工程量及降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短接續(xù)時(shí)間，特別是針對(duì)王家寨煤礦掘進(jìn)隊(duì)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(wàn)噸掘進(jìn)率及提高噸煤工效。

（3）提出了突出煤層切頂卸壓無(wú)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(jìn)行利用。

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