利用顶板高位巷治理特厚煤层综放开采瓦斯超限

2019-03-21石康

煤 2019年3期

石康

(大同煤矿集团四老沟煤矿，山西大同 037003)

大同矿区石炭系C3-5号煤层厚度达14～20 m，属于特厚煤层，上部赋存有多个不可采煤层，开采方式为一次采全高综放开采，生产过程中具有采高大、开采强度高、回采率低、采空区遗煤多、顶板破坏严重且范围大等特点。虽然该煤层相对瓦斯涌出量较小(为0.5～0.7 m3/t)，但绝对瓦斯涌出量却达到50～100 m3/min，因此相比以往的特厚煤层分层开采方式，采用一次采全厚综放开采的瓦斯治理更加复杂，具体体现在：开发强度大造成绝对瓦斯涌出量激增；采场空间大造成采空区的瓦斯涌出量大；矿压显现强烈造成瓦斯涌出不均衡。利用传统的“U”型通风不能解决瓦斯超限的问题，因此提出了采用顶板高位巷引排邻近煤层瓦斯，通过在某矿的工程实践，取得了良好的瓦斯引排效果[1-4]。

1 顶板高位巷原理

工作面采空区受采动影响，形成竖“三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，从而造成采场围岩松动，对赋存在煤岩中的瓦斯产生卸压作用。顶板高位巷沿着特厚煤层顶板掘进，直至工作面切巷附近上方。工作面初次来压后，顶板高位巷与采空区导通，此时积聚于采空区上方冒落带的瓦斯被引排至顶板高位巷，随着工作面不断推进，开采扰动致使采场上覆煤岩不断形成新的裂隙带，使得工作面前方煤岩体中的瓦斯得到充分释放，受浮力作用，瓦斯上移集聚，进入顶板高位巷。位于后部刮板输送机和上隅角的瓦斯，基本上都积聚在上方冒落带和裂隙带中，在负压作用下，积聚的瓦斯进入顶板高位巷。因而顶板高位巷引排瓦斯具有良好的理论基础和可行性，顶板高位巷布置示意见图1。

2 工程背景

2.1 工作面概况

选取某矿C3-5号层8341工作面作为试验面，8341工作面走向长2 800 m，倾向长231.5 m，煤层平均厚度18 m，煤种为气煤，埋深深度为480 m，煤层顶底板情况见表1。工作面采用三巷布置：①胶带巷断面为矩形，断面尺寸为5.3 m×3.4 m，支护方式为锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护，巷道沿煤层底板掘进，主要功能是运煤、进风，巷内布置胶带机、转载机、破碎机、设备列车等；②回风巷断面为矩形，断面尺寸为5.1 m×3.4 m，支护方式为锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护，巷道沿煤层底板掘进，主要功能是运输物料和人员、通风；③顶板高位巷断面为矩形，断面尺寸为3.8 m×3 m，支护方式为锚杆+锚索+钢带+金属网联合支护，巷道沿煤层顶板掘进，水平投影内错回风巷20 m。

2.2 顶板高位巷布置依据

为了起到很好的引排效果，顶板高位巷应布置于采空区裂隙带，这是由于采空区裂隙带透气性好，瓦斯积聚丰富，且浓度高。将顶板高位巷布置于煤层上方，与采空区导通后，瓦斯更易于进入顶板高位巷。依据大同矿区石炭系C3-5号层煤岩赋存地质条件，顶板高位巷距回风巷的水平投影距离宜选在18～22 m之间，如果水平距离不足18 m，巷道内会发生严重漏气；如果水平距离超过22 m，顶板高位巷与采空区导通位置不在瓦斯富集区内，引排效果较差。

表1 煤层顶底板情况

3 应用效果

8341 工作面在高位巷未与工作面导通前，回风巷道上隅角的瓦斯浓度较高，最高可达到 3%，远大于规程规定的要求。8341工作面顶板高位巷与工作面导通后，在引排负压作用下，大量的瓦斯通过高位巷被引排排出，上隅角及采面的瓦斯大大降低，最高瓦斯浓度仅为 0.57%，有效消除了工作面上隅角瓦斯超限与回风流瓦斯超限的隐患，见图2。通过对导通后的高位巷进行近10 d瓦斯观测，数据显示高位巷最大抽排瓦斯量 61 m3/min，平均抽排瓦斯量 35 m3/min，对抽排采空区瓦斯具有明显效果。

图2 顶板高位巷导通后上隅角和回风流中瓦斯浓度变化曲线

通过观测8341工作面顶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随工作面开采推进度有关，开采速度越快，瓦斯涌出量越大。因此，贸然提高工作面产量可能造成工作面上隅角瓦斯激增甚至超限，在综合考量工作面回风及瓦斯引排能力的基础上才可进行增产。②顶板高位巷只有在工作面初次来压以后，即高位巷与采空区导通，才能进行瓦斯引排，因此，在工作面初次来压前，必须采取控制瓦斯的其他安全措施，防止初采期间的瓦斯超限。