王園園

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽城四侯煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048108）

綜采工作面上隅角瓦斯防治是井工礦井普遍面臨的一個難題，上隅角瓦斯超限嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)，同時也制約了工作面的生產(chǎn)能力。盡管采取了設(shè)置導(dǎo)風(fēng)簾、放頂封堵上隅角等諸多措施，但由于煤層賦存條件、開采設(shè)備的全自動化改造以及上隅角存在的特殊位置和不斷變化特性，上隅角瓦斯超限還未得到有效根除，亟待結(jié)合自身礦井實(shí)際情況，進(jìn)一步深入研究和治理。

1 試驗(yàn)工作面概況

1.1 地質(zhì)概況

3103綜采工作面位于礦井北部一采區(qū)，東側(cè)為3102工作面采空區(qū)，西側(cè)為實(shí)體未開采煤層（3104設(shè)計準(zhǔn)備工作面），北側(cè)為礦井邊界保護(hù)煤柱，南為一采區(qū)三條大巷?；仫L(fēng)順槽在距采區(qū)軌道大巷130m處有整合前山西陽城四侯煤業(yè)有限公司的回風(fēng)立井（報廢）和總回風(fēng)巷。工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間共揭露4個構(gòu)造異常區(qū)，均存在頂板下落，煤層變薄。在470m處，揭露陷落柱（X-1），對工作面回采影響較大。根據(jù)3103進(jìn)、回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間的地質(zhì)情況，從360m至3103切眼區(qū)段，煤層傾角較大，最大32°，平均18°以上。大部分區(qū)域頂板較為破碎。

1.2 巷道和設(shè)備布置情況

3103綜采工作面為一次采全高，采用“U”形布置方式，順槽長度為600m，工作面切眼長度160m，平均采高4.5m。進(jìn)、回風(fēng)順槽巷道頂板和回風(fēng)順槽非回采側(cè)巷幫支護(hù)均采用金屬錨桿+金屬網(wǎng)+鋼筋梯子梁，錨索補(bǔ)強(qiáng)。本工作面采用掩護(hù)式液壓支架，兩順槽端頭采用掩護(hù)式過渡支架進(jìn)行支護(hù)，進(jìn)、回風(fēng)順槽超前支護(hù)采用組合式液壓超前支架。

2 3103工作面上隅角瓦斯超限原因

3103綜采工作面采用MG400/930-GWD型交流無鏈電牽引采煤機(jī)，割煤速度較快，瓦斯涌出量因落煤煤量增加而增大，造成綜采工作面整個回風(fēng)流系統(tǒng)瓦斯?jié)舛壬叩耐瑫r，導(dǎo)致上隅角及采空區(qū)等通風(fēng)不良地點(diǎn)瓦斯超限。

3103綜采工作面切眼最大傾角32°，根據(jù)掘進(jìn)時揭露情況分析有四個構(gòu)造異常區(qū)，總體呈現(xiàn)頂板破碎。在遇到這種情況時，通常采用割頂留底的方法降低采高，確保支架的穩(wěn)定性和初撐力。從而導(dǎo)致采空區(qū)留煤量增大，造成采空區(qū)和上隅角瓦斯超限。

3103綜采工作面回風(fēng)端頭采用掩護(hù)式過渡支架進(jìn)行支護(hù)時，由于架間間距較小，工作面風(fēng)流不能吹到上隅角，造成上隅角瓦斯不能及時排出，導(dǎo)致上隅角瓦斯積聚和超限。

3103綜采工作面回風(fēng)順槽西側(cè)為實(shí)體煤幫，靠近煤幫處頂板不易垮落，上隅角懸頂不能及時垮落，造成采空區(qū)瓦斯積聚到上隅角。當(dāng)頂板垮落時，將采空區(qū)和上隅角瓦斯吹出，瞬時造成工作面及其回風(fēng)流瓦斯超限。

綜采工作面上隅角瓦斯超限極易釀成瓦斯事故，巷道掘進(jìn)支護(hù)采用錨網(wǎng)支護(hù)，當(dāng)綜采面回風(fēng)端頭出現(xiàn)頂板破碎，需帶壓移架時，支架與頂部錨索或錨桿摩擦火花極易造成上隅角瓦斯爆炸。

3 綜采工作面上隅角瓦斯治理

在上隅角瓦斯治理方法方面，根據(jù)3103綜采面支架布置、頂板巖性等實(shí)際情況，共采用三步走的策略對上隅角瓦斯進(jìn)行防治和管理。前兩步為主動式瓦斯防治，第三步為被動式瓦斯防治。第一步為退錨加頂板預(yù)爆裂，第二步為超前移架，第三步使用導(dǎo)風(fēng)簾。

3.1 退錨加頂板預(yù)爆裂措施

利用超前支架對回風(fēng)順槽頂錨桿（索）超前退錨，退錨后采用深孔爆破的方法對頂板上部9～13m處粉砂巖層進(jìn)行預(yù)裂，確保上隅角頂板能夠隨工作面推進(jìn)及時垮落。

3.1.1 退錨施工方法

（1）退錨施工工序

采煤機(jī)割通進(jìn)、回風(fēng)順槽三角煤上、下行割煤后，在超前移架范圍內(nèi)進(jìn)行退錨，超前支架組即可分別降架前移，移架時應(yīng)將頂梁離開頂板，然后再移架。

（2）退錨時間

在生產(chǎn)期間移超前支架作業(yè)前退錨，在檢修過程中不予實(shí)施退錨。

（3）退錨范圍

頂板完好時以超前支架頂梁前端為基準(zhǔn)，退巷道回采幫及兩順槽頂板的錨桿索，每次退錨距離不得超過0.8m，防止因退錨距離大造成安全出口處頂板漏矸傷人。嚴(yán)禁超距離或隨意退錨。

（4）退錨注意事項

在順槽頂板完好、超前壓力不大情況下隨推進(jìn)情況進(jìn)行退錨。順槽片幫嚴(yán)重、頂板破碎、局部冒頂、局部下沉等狀況下，不予實(shí)施退錨，但必須采取安全措施，加強(qiáng)頂板管理。末采期間距離停采線20m范圍內(nèi)不予退錨。超前支架移動采用帶壓移架方式進(jìn)行移架。

3.1.2 頂板預(yù)爆裂施工

本施工方法通過采用預(yù)裂切縫爆破，在局部范圍切斷頂板應(yīng)力傳遞，且預(yù)裂爆破能夠很好地保護(hù)巷道頂板完整性。根據(jù)我礦地質(zhì)資料，本設(shè)計K暫按1.5取值，在不考慮底鼓及頂板下沉的情況下，工作面采高取最大值4.8m時，H縫=9.6m。

預(yù)裂切縫深度（H縫）臨界設(shè)計公式如下：

H縫=(H煤-ΔH1-ΔH2)/(K-1)

式中：

ΔH1-頂板下沉量，m；

ΔH2-底臌量，m；

K-碎脹系數(shù)，根據(jù)下表1所示，取1.3～1.5。

表1 不同巖石所對應(yīng)的碎張系數(shù)表

根據(jù)該礦S-1鉆孔柱狀圖顯示，3#煤層頂板往上9～13m，有一層厚度4m的粉砂巖，為保證切頂效果，故將切頂深度修正為12m，切斷關(guān)鍵層粉砂巖巷道垮落更充分，效果更好。

切縫范圍為3103工作面回風(fēng)順槽，每次切縫長度60m，切縫深度選取10m，切縫孔布置在巷幫與頂板夾角處，與鉛垂線夾角為15°（傾向采空區(qū)側(cè)），切縫孔間距為1000mm，切縫孔距煤幫200mm。

每次施工前，技術(shù)人員指導(dǎo)進(jìn)行單孔試驗(yàn)，確定合理的裝藥量和封泥長度，再進(jìn)行連孔裝藥爆破，觀察兩相鄰裝藥孔間空孔內(nèi)裂紋情況。如兩相鄰裝藥孔間空孔裂紋未達(dá)到裂縫率要求標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行一次連續(xù)爆破試驗(yàn)，最終確定一次爆破孔數(shù)以及爆破方式等。聚能爆破采用二級煤礦乳化炸藥，采用炸藥規(guī)格為直徑Φ35×200mm/卷，雙向聚能管采用BTC-1500型，爆破孔口采用炮泥封孔。最終裝藥參數(shù)需通過現(xiàn)場試驗(yàn)、窺視結(jié)果確定。頂板預(yù)裂爆破炮眼布置圖如下圖1所示。

圖1 頂板預(yù)裂爆破炮眼布置圖

3.2 超前拉架措施

采用超前移架的方法對回風(fēng)端頭兩架過渡支架進(jìn)行超前移架，超前拉架示意圖如圖2所示。將上隅角前移的同時又確保了工作面風(fēng)流能夠進(jìn)入上隅角，加大上隅角風(fēng)量，吹出上隅角的瓦斯。具體如下：

綜采工作面生產(chǎn)過程中，必須安排專人對回風(fēng)順槽超前支架和過渡支架進(jìn)行超前移架，始終保持過渡支架超前中間架一個循環(huán)架距。確保上隅角通風(fēng)良好。

圖2 超前拉架示意圖

在綜采工作面回采過程中，要注意工作面開切眼斜長變化情況，必須使回風(fēng)端頭超前進(jìn)風(fēng)端頭。

3.3 設(shè)置導(dǎo)風(fēng)簾進(jìn)行導(dǎo)風(fēng)措施

在采取前兩種辦法后設(shè)置導(dǎo)風(fēng)簾導(dǎo)風(fēng)可作為備用或臨時性措施執(zhí)行，適用于上隅角瓦斯排放或上隅角形成小三角區(qū)前采取的臨時性措施，具體如下：

使用導(dǎo)風(fēng)簾引排瓦斯適用于上隅角區(qū)域未形成小三角區(qū)前（小三角區(qū)即空頂區(qū)域位于過渡架與端頭煤壁之間）。設(shè)置導(dǎo)風(fēng)簾進(jìn)行導(dǎo)風(fēng)，具體如圖3所示。

圖3 導(dǎo)風(fēng)簾設(shè)置示意圖

吊掛導(dǎo)風(fēng)簾時，風(fēng)障長度不小于10m，與支架呈45°角掛設(shè)，且封堵高度不低于巷道的1/2，風(fēng)障由未垮落頂板處架間接至工作面煤幫處。距煤幫處留有1～1.5m的通風(fēng)孔，使風(fēng)流通過上隅角未垮落區(qū)域，有效排出采空區(qū)瓦斯，從而減小上隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

導(dǎo)風(fēng)簾的管理工作由綜采面專職瓦斯員負(fù)責(zé)，嚴(yán)禁任何人員損毀或私自拆除風(fēng)障。

使用導(dǎo)風(fēng)簾引排瓦斯期間，綜采面瓦斯員要注意觀察上隅角甲烷傳感器的數(shù)值變化情況，并經(jīng)常檢查瓦斯，出現(xiàn)異常及時調(diào)整。

風(fēng)障隨采煤工作面推進(jìn)前移，當(dāng)上隅角頂板完全垮落或形成小三角區(qū)域后，風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)失去作用時，綜采面瓦斯員方可拆除風(fēng)障。并將風(fēng)障整理后存放于安全地點(diǎn)備用。

4 結(jié)語

3103綜采工作面回采過程中工作面風(fēng)量在1650m3/min的情況下，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?.15%，但在未采取頂板預(yù)爆裂和超前移架兩種方法時，上隅角瓦斯?jié)舛茸罡邥r達(dá)到了3.5%，最低也經(jīng)常在1.0%左右。經(jīng)過多方學(xué)習(xí)和理論研究，并結(jié)合井下實(shí)際情況進(jìn)行多次實(shí)踐后，形成了一套低瓦斯礦井無抽放系統(tǒng)情況下上隅角瓦斯治理辦法，自實(shí)施以來，綜采工作面上隅角瓦斯?jié)舛认陆盗?0%，控制在0.1%～0.2%之間，遇到周期來壓等特殊情況時，瓦斯?jié)舛茸罡卟粫^0.3%。采用這些措施后，綜采面日循環(huán)進(jìn)度由3.6m提高到了6m，日產(chǎn)量也增長了40%，在確保了安全生產(chǎn)的同時，也大大提高了礦井的經(jīng)濟(jì)效益。