煤炭勘查職稱論文煤與瓦斯突出厚煤層的應用

　　摘要：陽煤集團瓦斯災害較為嚴重，寺家莊礦井作為陽煤集團的大型礦井，同時也是煤與瓦斯較為嚴重的礦井，是陽煤集團第一個采用大采高一次采全高工藝開采15號煤的礦井，在大采高一次采全高采煤工藝在高突煤層中應用積累了豐富的經驗。本文將根據寺家莊礦井在15104工作面生產實際情況，對工作面煤壁片幫，支架的穩定性、工作面瓦斯治理和提高采出率等系統進行詳細敘述。該礦井較為成熟的采煤工藝模式可為其他煤與瓦斯突出礦井提供借鑒。

　　關鍵詞： 煤礦,大采高,突出性煤層,高產高效

　　1 礦井及工作面概況

　　寺家莊礦井隸屬于陽泉煤業(集團)有限責任公司，礦井位于山西省昔陽縣境內，2009年投產，設計生產能力為5.0Mt/a。

　　礦井可采和局部可采煤層共4層，從上到下依次為81、84、9、15號煤，其中81、84、9號煤為不穩定～較穩定的局部可采薄煤層，平均厚度為0.88～0.95m，平均層間距5.57～9.40m;15號煤為全井田穩定可采的厚煤層，平均厚度5.67m(含矸)，與9號煤平均層間距為72.01m。

　　礦井采用斜立綜合開拓，共開鑿四個井筒，分別為主斜井、副立井、中央進風井及中央回風井。礦井共布置兩個盤區：中央盤區和南一盤區，每個盤區各布置一個大采高綜采工作面，每個工作面產量2.5Mt/a左右，共配備8個掘進工作面，其中煤巷綜掘工作面4個，巖巷掘進工作面4個。礦井通風方式采用中央分列式，其中主斜井、副立井和中央進風井進風，中央回風井回風，通風方法為抽出式通風，回風大巷、盤區回風巷為專用回風巷。

　　礦井的首采盤區為中央盤區，首采煤層為15號煤，首采工作面為15104工作面，工作面走向長度1817m，可采走向長度1504m，傾斜長度為240m，主采15號煤層，煤厚4.3～7.1m，平均厚度為5.5m，煤層傾角在3°～15°，平均傾角為7°。

　　2 大采高工藝難點技術分析

　　寺家莊礦井15#煤層使用大采高綜采工藝開采，是寺家莊礦井的第一個大采高工作面，也是陽煤集團的第一個大采高綜采工作面，寺家莊礦井使用大采高綜采工藝主要存在如下技術難點：

　　(1)工作面片幫、冒頂問題。片幫、冒頂嚴重是大采高綜采工藝區別于分層綜采工藝與綜放開采工藝的一個顯著特點，加之寺家莊礦井15#煤層上部普遍存在一層厚0.2~0.5m的軟分層，硬度系數僅為0.2，對于上部極軟條件下的大采高綜采工作面端面頂板控制是一個難點。

　　(2)三角底煤留設與支架穩定控制問題。由于回采巷道高度與采高不協調，前者比后者低2m左右，在工作面端部底板留設三角煤，三角底煤的留設對支架穩定性有較大影響，三角底煤的留設形式及其對支架穩定性的影響，還有支架穩定性的控制技術，都是亟待解決的問題。

　　(3)工作面瓦斯治理問題。陽煤集團其它礦井的15#煤層為綜采放頂煤開采，在綜放開采條件下，積累了大量瓦斯抽采、治理經驗，但對大采高綜采條件下的瓦斯治理方法，尤其是寺家莊煤業公司15#低透氣性、特高瓦斯含量與大瓦斯壓力條件下瓦斯治理技術是需要深入研究的重點難題。

　　(4)大采高綜采條件下提高煤炭采出率的技術。大采高綜采工作面的采出率一般比綜放工作面要高10%左右，但仍有5%左右的損失，如何進一步降低煤炭損失，提高煤炭采出率也是大采高綜采技術推廣應用中需要解決的關鍵難題。

　　3 大采高工藝難點治理措施

　　3.1 工作面片幫、冒頂治理措施

　　大采高綜采面由于采高大、煤壁暴露的空間大，煤壁片幫嚴重，常見的片幫形式。

　　寺家莊煤礦15104大采高綜采面由于煤壁存在一個較軟的頂分層，煤壁片幫形式主要為a和c，占90.1%，其次為e，占5.2%，煤層強度對煤壁穩定性的影響顯著，但由于支架局部。煤壁片幫

　　(1)工作面煤壁注水。煤層注水作用是改變了煤體的原始裂隙結構，使煤體脆性降低，增強了塑性變形的性質，促使前方塑性變形區卸壓帶加寬和支承壓力峰值降低，使支承壓力區和峰值點遠離煤壁，從而避免煤壁片幫的發生或使其強度減弱。

　　(2)加快工作面推進速度，可以減少超前支承壓力的影響范圍、減少支承壓力對煤體的作用時間及降低煤壁損傷程度，從而可以減小煤壁片幫程度。

　　(3)充分發揮支架護幫裝置作用。采用護幫板可以增加煤壁的側向約束力，使用護幫板并使其靠緊煤壁。

　　(4)加固煤壁。當工作面遇到斷層等異常帶或煤體很破碎時，可采用注漿加固的方法加固煤壁以增加煤體強度，盡量減少煤壁片幫的發生。

　　(5)及時帶壓移架并提高初撐力，可以及時支護頂板使頂梁與頂板接觸良好，可以減小煤壁前方支承壓力，從而可以避免煤壁片幫的發生或減輕煤壁片幫程度。

　　(6)異常情況下控制煤壁片幫措施。當工作面已發生片幫或冒頂，或遇到異常帶時，采取適當降低采高、減少采煤機截深或加固煤壁的方法，并提高采煤機牽引速度，減少片幫程度。

　　3.2增加支架的穩定性措施

　　(1)支架操作時，要保證泵站有足夠的壓力，升架時盡快使支架得到其額定初撐力，移架時應采用“帶壓移架”的方式，做到“少降快拉”。

　　(2)提高煤機截割質量，確保頂、底板平整，移架前必須清理干凈架前浮煤，確保支架底座與底板嚴密接觸。

　　(3)嚴格控制采高，適當提高推進速度。控制采高，可有效保持支架的穩定性;適當提高推進速度，及時支護，既可有效控制冒頂和空頂距的增加，又可減輕支架的壓力。

　　(4)留設防滑平臺。在下端頭5～7m范圍割煤時適當留底煤，使下端頭附近工作面坡度變小，成為防滑平臺。

　　(5)支架充分接頂，使支架受力均勻，避免發生空頂、露頂、冒頂現象，以防止支架尾部受扭失穩。

　　(6)通過安裝防滑、防倒千斤頂來進行調整支架傾倒。

　　(7)推移桿全程導向。嚴格控制推移桿和底座的間隙，支架翹頭及底座箱壓推移連桿時，必須及時處理。推移桿在任意位置，推移桿和底座間間隙不變，控制輸送機下滑。

　　(4)煤壁片幫時要及時超前移架，減少空頂面積。充分利用伸縮梁及護幫板來提高整個工作面設備及系統的穩定性。

　　3.3工作面的瓦斯治理

　　(1)鉆孔抽放

　　工作面運輸、回風巷自開切眼段每隔2.5m布置一個抽放鉆孔，運輸巷抽放鉆孔深度為135m，回采巷抽放鉆孔深度為120m，中間重疊15m。回采工作面運輸、回風巷本煤層抽放鉆孔拆除時，以不影響工作面回采為宜，確保鉆孔抽放時間、效果。

　　(2)高抽巷抽放

　　所謂走向高抽巷，就是在回采工作面頂板中，與回采工作面保持一定垂高、與回風巷平行且保持一定距離，沿回采工作面走向全長布置的抽放瓦斯的通道。高抽巷距離煤層的垂直距離主要有裂隙帶高度及瓦斯抽放效果所決定的。參考陽泉礦區裂隙帶分布范圍為底板以上7~11倍采高，即寺家莊礦高抽巷距15#煤層底板的垂距為38.5~60.5m鄰近層較密集的層位。11#煤層上有8#、9#、10#及K4灰巖瓦斯涌出密集區，下有12#、13#、14#上、14#下瓦斯涌出密集區，選擇在11#煤層中對于抽放鄰近層瓦斯比較有利，因此寺家莊礦高抽巷沿11#煤頂板布置，距離15#煤層底板57.25m左右

　　為保證高抽巷處于充分卸壓后的裂隙帶范圍內，其距離回風巷水平距離為：

　　式中：H—走向高抽巷距離煤層底板垂高，57.25m;

　　γ—頂板巖石垮落角，67°;

　　Lg—高抽巷距離回風巷水平距離，m;

　　L—工作面長度，240m。

　　所以，高抽巷距離回風巷水平距離介于24.3m與120m之間，同時考慮到工作面通風負壓的影響，確定其距離回風巷水平距離為66m。

　　(3)“U+I”型通風

　　內錯尾巷風排瓦斯占總風排瓦斯的大部分，有效的控制了工作面回風上隅角的瓦斯積聚，從根本上解決了回風上隅角瓦斯超限問題。

　　布置內錯尾巷比外錯尾巷掘進工程量少，且內錯尾巷受壓小，巷道隨采隨冒，一直處于全負壓的通風狀態，通風良好，風量大，通風管理簡單。

　　寺家莊礦15#煤層為煤與瓦斯突出煤層且上分層較軟，內錯尾巷不易布置在煤層中，因此內錯尾巷布置在頂板上方5.0m處。

　　內錯尾巷與回風巷的水平距離以10~15m為宜，最大不超過20m，距離較小時，生產過程中，回風巷受應力疊加，應提前加強維護。

　　3.4工作面的煤與瓦斯突出治理

　　(1)突出危險性預測預報

　　嚴格按要求對工作面進行預測預報，使用WTC瓦斯突出參數儀測定鉆屑解析指標來預測工作面突出危險性，如表3-1。預測預報孔深8~10m，必須預留2m的超前距離，每隔10~15m布置一個預測預報孔。工作面正常回采，K1值按0.5掌握，Smax按6掌握;遇構造時，K1值按0.4掌握。如果發現預測參數異常，必須立即采取相應措施。

　　(2)防治突出技術措施

　　工作面檢修班時施工卸壓孔，施工卸壓孔位置在每架液壓支架之間，在頂板往下1m范圍內施工，數量為每架支架1個，卸壓孔垂直于工作面施工，所有卸壓孔深度均為13m左右，在滿足一天生產時，預留5m的超前距離。

　　(3)防止突出技術措施效果檢驗

　　采用鉆屑指標法進行防突措施效果檢驗，如表3-1所示使用WTC瓦斯突出參數儀測定鉆屑解析指標和鉆屑量指標。在預測預報孔超標的地方施工效果檢驗孔，孔深為8~10m，必須預留2m的超前距離。

　　工作面施工卸壓孔后在預測預報孔超標的地方進行效果檢驗，K1值、Smax值都不超標，方可進行回采;效果檢驗K1值或Smax值有一個超標需補打卸壓孔，補打卸壓孔直至效果檢驗不超標，方可回采。

　　3.5提高工作面采出率的措施

　　大采高一次采全高工藝開采的工作面煤炭損失分為兩部分，大采高開采過程中采高損失和初、末采損失。采高損失煤量為主要損失煤量，這其中包括端部損失煤量和工作面內部損失煤量，端部損失煤量主要取決于過渡段長度和底煤厚度。

　　為降低工作面端部底煤高度，減少底煤損失，可采取超前起底的辦法，工作面中部正常割煤段高度要達到支架最大采高，對于煤厚超過最大采高的部分，盡量保持底煤平整，以利于支架等設備的穩定，保證工作面快速推進。采煤機要盡量割至頂、底板，保證達到支架最大采高，提高回采率，端部過渡段根據實際情況合理調整，在保證過渡段較短的同時，保證工作面設備的穩定。

　　4 結語

　　(1)研究了大采高綜采工作面的煤壁片幫機理。結合支架可伸縮頂梁、防倒、抬底及底調千斤頂和二級護幫等結構特征，制定了支架穩定性控制技術措施，有效防止支架傾倒和下滑以及煤壁片幫與端面漏冒，保證了合理的支架—圍巖關系，取得了良好的支架穩定性和圍巖穩定性控制效果。

　　(2)集成應用了“采前瓦斯探測+區域劃分+工作面巷道預抽+走向高抽巷抽采+‘U+I’型通風+工作面鉆孔防突+防突檢驗”瓦斯綜合治理與防突技術體系，取得了顯著的效果。

　　(3)大采高綜采技術在寺家莊礦15104工作面的應用實踐表明：大采高綜采工藝比綜放，更有利于瓦斯治理，可以在陽泉礦區高瓦斯厚煤層中推廣應用。