突出煤层大采高工作面瓦斯综合防治技术

贾建文

(山西孝义西山德顺煤业有限公司，山西 孝义 032300)

东曲矿地处山西省太原古交市，隶属于西山煤电集团公司，是一座年设计生产能力为500 万t 的现代化大型矿井。因产量的逐年提升，原+973 m 单水平开采已不能满足生产要求，决定与+860 m 水平同时开采。+860 m 水平8#煤平均厚度4.3 m，最高达到5.3 m，属于大采高厚煤层开采，并且此8#煤层被鉴定为突出煤层，因此，该矿由低瓦斯矿井升级为突出矿井。28806 工作面是该矿升级为突出矿井后的首个大采高工作面，突出煤层大采高工作面的安全高效开采成为研究的重点。该矿采用具有东曲矿特色的符合突出煤层大采高工作面开采实际的瓦斯综合管理技术，实现了矿井的安全高效回采。

1 工作面概况

28806 工作面8#煤厚2.80 ～3.50 m ，平均厚度3.20 m，8#上煤平均厚约0.7 m，局部位置有8#煤与8#上煤分叉，有1 ～3 层夹矸，夹矸厚0.0 ～1.0 m，平均0.5 m，工作面将8#煤及8#上煤一次全部回采，总厚度3.3 ～5.3 m，平均4.3 m.煤层倾角2° ～8°，平均倾角5°. 工作面工业储量125.03 万t，可采储量116.28 万t，回采率93%. 绝对瓦斯涌出量为40 m3/min，煤尘爆炸指数为18.68%. 采用“U”型通风系统，双巷布置形式，轨道巷进风，皮带巷回风。采用倾斜长壁后退式全部垮落综合机械化采煤方法;回采工艺为:双滚筒采煤机割煤(装煤)→刮板运输机运煤→拉移液压支架支护顶板→推移刮板输送机→采空区处理。

2 瓦斯管理技术

工作面采用风排、抽采及“两个四位一体”的综合瓦斯防治手段，上隅角采用强制放顶措施。根据东曲矿瓦斯涌出量预测报告，预计28806 工作面回采时绝对瓦斯涌出量为40 m3/min，预计抽采率为70%，抽采量为28 m3/min.预计本煤层抽采量为3 m3/min、高抽巷抽采量15 m3/min、低抽巷10 m3/min.

2.1 抽采系统

1)本煤层瓦斯抽采。

在28806 轨道巷、皮带巷布置顺层钻孔，预抽本煤层瓦斯。距轨道巷42 m、皮带巷30 m 开始施工钻孔。所有钻孔均垂直于煤壁施工，钻孔倾角取+1° ～3°，故钻孔长度为120 m，钻孔开孔直径113 mm、终孔直径为113 mm，钻孔间距确定为5 m. 预计回采期间，两巷顺层钻孔抽采量:3 m3/min.

2)高抽巷抽采。

在28806 工作面顶板45 ～55 m、内错皮带巷21 m，布置1 条断面积为8.89 m2的高抽巷。高抽巷采用密闭插管(D560 管)抽采。预计回采期间，瓦斯抽采量:15 m3/min.

3)低抽巷抽采。

在28806 低抽巷内布置9#煤顺层钻孔，对28806工作面下邻近层进行本煤层瓦斯抽采。所有钻孔均垂直于煤壁施工，钻孔倾角取+1° ～－2°，钻孔长度为210 m，钻孔开孔直径113 mm、终孔直径为113 mm，钻孔间距确定为5 m. 低抽巷采用巷道密闭插管(D560 管)抽采，预计回采期间，瓦斯抽采量:10 m3/min.28806 工作面抽采系统示意图见图1.

图1 28806 工作面抽采系统示意图

2.2 防突管理技术

根据中煤科工集团重庆研究院《东曲矿8#煤煤与瓦斯突出鉴定报告》(2013 年10 月)，8#煤层瓦斯基础参数:原始瓦斯压力最大为1.12 MPa，瓦斯放散初速度最大为15，坚固性系数最小0.34，煤的破坏类型为Ⅲ类。

2.2.1 区域综合防突措施

1)区域突出危险性预测。

根据《西山煤电(集团)有限责任公司东曲矿8#煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测报告》结论:切眼往回采方向253 m 区域内为突出危险区，从253 m 至停采线为无突出危险区。

2)区域防突措施。

在28806 轨道巷、皮带巷布置顺层钻孔，在八采区边界回风巷施工3 个钻场，预抽回采区段本煤层瓦斯。距轨道巷42 m、皮带巷30 m 开始施工本煤层钻孔，所有钻孔均垂直于煤壁施工，钻孔倾角取 +1° ～3°，钻孔长度为120 m，钻孔开孔直径113 mm、终孔直径为113 mm，钻孔间距确定为5 m.在八采区边界回风巷施工3 个钻场，其中2 个为澳钻钻场，孔深700 m，另一个为预抽区段本煤层瓦斯，孔深100 m.

3)区域措施效果检验。

区域措施效果检验采用测定预抽区域的残余瓦斯含量的方法。检验前首先分析、检查预抽区域内钻孔的分布等是否符合设计要求，不符合设计要求的不予检验。

工作面在回采前以及回采过程中，在进、回风巷每间隔30 ～50 m，布置1 个区域检验测试孔，孔径为76 mm，钻孔深度为120 m.110 m 取样测试瓦斯含量，每个钻孔在施工过程中，利用DGC 型煤层瓦斯含量测量仪对钻孔瓦斯含量进行检验。只要有一次瓦斯含量W≥8 m3/t，测试点周围半径100 m 范围内即为突出危险区，继续执行区域预抽;W ＜8 m3/t 以下，方可恢复生产。回采过程中区域效果检验见图2.

图2 区域效果检验图

4)区域验证。

区域效果检验W ＜8 m3/t 时，用局部预测预报的方法进行区域验证。验证方法采用钻屑解吸指标法，在工作面中间范围内(距机头、机尾各15 m)打验证孔进行验证，该工作面从253 m 至停采线为无突出危险区，直接进行区域验证工作。具体方案为:沿回采工作面每隔10 ～15 m 布置1 个验证孔，孔径42 mm，孔深8 ～10 m(尽量布置在软分层中)，钻孔平行于推进方向，共布置16 个钻孔。当瓦斯解析指标K1值＜0.5 且钻屑量S ＜6 kg/m，并已采取安全防护措施时，方可允许生产，工作面每推进6 ～8 m，利用上述方法进行区域验证。K1值、钻屑量S 有一项超过临界值或钻孔有突出预兆，则该区域在以后回采作业过程中执行局部综合防突措施。区域效果检验见图3.

2.2.2 局部综合防突措施

东曲矿+860 m 水平28806 回采工作面采用钻屑解析指标法进行局部突出危险性预测预报，规定K1＜0.5，S ＜6 kg/m 为无突出危险性。

图3 区域效果检验图

1)工作面突出危险性预测。

该工作面切眼往回采方向253 m 区域内为突出危险区，执行工作面突出危险性预测工作，预测预报钻孔布置、数据测定方法和判断标准与区域验证一致。

2)工作面防突措施。

回采工作面煤层中部范围，尽可能在软分层上，每间隔5 m 布置1 个排放钻孔，孔深15 m，孔径75 mm，卸压孔超前预留3 m.

3)工作面措施效果检验。

待排放钻孔全部施工完毕后，用回采工作面预测预报的方法进行局部防突措施效果检验，效果检验孔沿工作面每隔15 m 布置1 个，孔径为42 mm，孔深15 m.检验方法及判断标准同预测中的评判方法和标准相同(K1值及钻屑量预测)，效检孔的深度应小于等于措施孔，检验孔距措施孔保持300 mm.合格后进行生产，否则不得生产。

4)安全防护措施。

工作面的安全防护措施有工作面避难所、压风自救装置、供水施救装置和隔离式自救器。

2.3 上隅角瓦斯治理

因工作面直接顶为泥灰岩，老顶为石灰岩，随着工作面的推进，两个端头不能及时垮落，悬顶面积远远超过规定值(10 m2)，导致上隅角瓦斯大量积聚，而瞬间垮落的同时，可能会出现瓦斯超限等事故，并且工作面处在突出区域，采用爆破强制放顶方式安全性差。因此，为保证安全，并能达到强制放顶的效果，减小悬顶面积，采用了高效膨胀剂进行预裂。

2.3.1 产品特性及特点

高效膨胀剂，又名无声破碎剂，静态爆破剂。破碎物体时不产生震动、噪音、飞石、粉尘及有毒气体，属无公害、环保型产品，不属于易燃易爆物品，破碎效果稳定。其特点如下:

1)膨胀力大。最大膨胀力可达120 MPa.

2)反应时间可控，可控制在15 min ～12 h.

3)安全易管理。

2.3.2 上隅角强制放顶眼布置

在距巷道保护煤柱侧500 mm 的位置顺巷道方向及距切顶线2 500 mm 垂直于巷道方向每隔500 mm施工深度4 000 mm 直径28 mm 的眼，每隔1 个眼装入高效膨胀剂3 卷(每卷1 m)并用MCK2360 型药卷进行封口。通过此方法，空眼有利于形成自由面，同时所有放顶眼形成了切顶线，在高效膨胀剂的作用下，实现了上隅角的安全强制放顶。上隅角放顶眼布置图见图4.

图4 上隅角放顶眼布置图

3 结 语

通过采用合理的抽采系统，完善的“四位一体”防突措施及无声膨胀剂强制放顶等一系列瓦斯综合防治手段，确保了东曲矿突出煤层突出区域的回采在安全低瓦斯状态下进行，同时杜绝了坚硬顶板上隅角瓦斯积聚甚至超限等现象的发生，使工作面生产不受瓦斯的制约，能够正规循环作业，保证了大采高工作面的产能，为矿井产量的提升奠定了基础，为矿井的安全生产创造了良好的条件。