陳子緯

華晉焦煤公司沙曲二號煤礦

綜采面初采初放期間的瓦斯治理工作是整個(gè)工作面回采期間的治理重點(diǎn)和難點(diǎn)，尤其初采初放期間頂板大面積懸頂和垮落的不可預(yù)判性，造成了采空區(qū)瓦斯涌出的不可控制，極易造成瓦斯事故。現(xiàn)以我礦4 304綜采面為例，工作面初采初放前提前對切眼進(jìn)行切頂爆破，對采空區(qū)瓦斯治理的影響進(jìn)行分析。

1 綜采面初采初放瓦斯的危害與治理難點(diǎn)

1.1 綜采面初采初放采空區(qū)瓦斯的危害

綜采面初采初放期間瓦斯的危害主要表現(xiàn)在采空區(qū)瓦斯的大面積積聚和采空區(qū)頂板大面積懸頂后垮落的不可預(yù)判性造成的瓦斯涌出的不可控制。當(dāng)采空區(qū)大面積懸頂突然跨落時(shí)，采空區(qū)頂部積聚的高濃瓦斯（如圖1所示）大范圍涌出，造成工作面及其回風(fēng)系統(tǒng)瓦斯超限，甚至達(dá)到爆炸界限，發(fā)生瓦斯爆炸事故。

圖1 采空區(qū)瓦斯積聚示意圖

1.2 綜采面初采初放瓦斯治理難點(diǎn)

綜采面初采初放階段的瓦斯治理工作難點(diǎn)，主要是采空區(qū)頂板不能隨工作面推進(jìn)及時(shí)垮落造成大面積懸頂，給瓦斯積聚留下空間，采空區(qū)大范圍積聚瓦斯，當(dāng)工作面推進(jìn)到一定距離后，采空區(qū)頂板突然垮落，采空區(qū)瓦斯大量涌出。（如圖2、圖3所示）

圖2 綜采面初采期間采空區(qū)風(fēng)速與工作面推進(jìn)距離關(guān)系圖

圖3 綜采面推進(jìn)距離與采空區(qū)瓦斯?jié)舛龋?10）關(guān)系圖

（1）綜采面采空區(qū)瓦斯來源

綜采面開始推進(jìn)，本煤層開采后，采空區(qū)將如圖4所示的上、下鄰近煤層及初始切眼的非采幫側(cè)煤體的瓦斯涌出是采空區(qū)瓦斯的主要來源[1-2]。

圖4 綜采面采空區(qū)瓦斯涌出來源假想圖

（2）采空區(qū)瓦斯積聚與涌出形式

綜采面采空區(qū)出現(xiàn)懸頂或垮落不完全后，勢必在采空區(qū)或上部裂隙中積聚瓦斯，隨著采空區(qū)面積不斷增加，頂板在重力作用下大面積垮落，積聚的瓦斯（如圖5所示）將在短時(shí)間內(nèi)大量集中涌出。大量瓦斯從采空區(qū)涌入工作面及其回風(fēng)系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出綜采面配風(fēng)量稀釋瓦斯的范圍，造成瓦斯超限，甚至達(dá)到瓦斯爆炸界限。

圖5 綜采面初采期間采區(qū)空頂板垮落瓦斯涌出示意圖

2 綜采面切眼切頂爆破的應(yīng)用

2.1 綜采面切眼切頂爆破的設(shè)想

煤礦井下切頂爆破技術(shù)已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用，在考慮綜采面初采初放期間的頂板管理和瓦斯治理需要時(shí)，設(shè)計(jì)采用切頂爆破技術(shù)加快采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度，減少采空區(qū)頂板懸頂面積和懸頂時(shí)間，防止采空區(qū)內(nèi)瓦斯的大面積積聚和大量集中涌出。

2.2 綜采面切眼切頂爆破設(shè)計(jì)

綜采面回采前，在切眼兩端分別采取了切頂爆破措施，爆破深度為8 m，炮眼角度為90°（垂直于4#煤層所在平面），炮眼間距為0.5 m。（如圖6所示）

圖6 綜采面采區(qū)切頂爆破炮眼布置示意圖

2.3 綜采面切眼切頂爆破的應(yīng)用

我礦回采的4#煤層瓦斯含量高，且上下鄰近煤層與本煤層層間距小，4#煤層工作面回采時(shí)，瓦斯涌出量大，尤其工作面初采初放期間，采空區(qū)瓦斯治理工作成為安全管理的難點(diǎn)。所以，我礦在4 304綜采面切眼采取切頂爆破的措施，取得了較好的瓦斯治理效果。

（1）4 304綜采面概況

4 304綜采面傾向長度1 037.7 m，走向長度226 m，平均煤厚2.76 m。工作面所采4#煤層瓦斯含量10.89 m3/t，煤層均具有突出危險(xiǎn)性和爆炸性。工作面采用傾斜長壁后退式一次采全高的綜合機(jī)械化采煤方法。膠帶順槽采用切頂爆破聯(lián)合擋矸網(wǎng)墻體隔離采空區(qū)沿空留巷，采空區(qū)采用全部垮落法管理頂板。

工作面采用兩進(jìn)一回 “Y”型通風(fēng)方式，4 304軌道巷作為主要進(jìn)風(fēng)巷，配風(fēng)量1 400 m3/min，4 304膠帶巷作為輔助進(jìn)風(fēng)巷，配風(fēng)量800 m3/min，4 304膠帶巷后部留巷作為回風(fēng)巷，總配風(fēng)量2 200 m3/min，工作面絕對瓦斯涌出量在27.67 m3/min。

（2）4 304綜采面切眼爆破情況

4 304綜采面在回采前，在切眼的機(jī)頭側(cè)爆破長度為60 m，機(jī)尾側(cè)爆破長度為30 m，以加快初采初放期間的頂板垮落進(jìn)度。

3 切眼切頂爆破設(shè)計(jì)及對頂板垮落進(jìn)度的影響

3.1 采空區(qū)頂板垮落

根據(jù)4 304綜采面初采時(shí)現(xiàn)場觀測，該工作面在推進(jìn)6 m后采空區(qū)頂板即發(fā)生大范圍垮落，垮落時(shí)現(xiàn)場情形如下：

（1）頂板垮落時(shí)，伴有采空區(qū)瓦斯涌出現(xiàn)象，工作面瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.58%，回風(fēng)瓦斯?jié)舛?.74%，瓦斯達(dá)到極值后，持續(xù)時(shí)間約20 min。

（2）頂板垮落后，采空區(qū)機(jī)頭側(cè)漏風(fēng)明顯減?。╋L(fēng)攜帶瓦斯對回風(fēng)瓦斯?jié)舛葻o明顯影響），墻體縫隙基本無明顯漏風(fēng)。

（3）墻體壓設(shè)的抽采管路吸空聲音明顯減小。8 h后，切頂留巷壓埋管抽采瓦斯?jié)舛扔?.68%增加至4.80%。

（4）采空區(qū)內(nèi)的落石聲發(fā)出聲響和頻次明顯減少，且落石聲由支架后部變?yōu)椴煽諈^(qū)頂板上部。頂板垮落震感（與我礦其他4#煤綜采面采空區(qū)頂板垮落時(shí)比較）較小。

3.2 采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度對比

相較我礦其他4#煤綜采面（列舉4 901綜采面與4 304綜采面進(jìn)行對比，如圖7、圖8進(jìn)行比較），4 304綜采面初采初放期間的頂板垮落較為集中，且垮落及時(shí)、嚴(yán)密。

圖7 4 304綜采面初采采空區(qū)頂板垮落統(tǒng)計(jì)圖

圖8 4 901綜采面初采采空區(qū)頂板垮落統(tǒng)計(jì)圖

通過表1 4#煤層綜采面頂板垮落的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比較，表明4 304綜采面采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度較之其他綜采面明顯加快，且頂板垮落較為集中。

表1 綜采面采空區(qū)頂板初采垮落統(tǒng)計(jì)表

4 切頂爆破對綜采面初采初放瓦斯治理的影響

4.1 對工作面風(fēng)量的影響

與其他4#煤層綜采面情形相似，4 304綜采面在推進(jìn)一段距離后，由于采空區(qū)面積增加，工作面同樣出現(xiàn)了圖2所示的風(fēng)量減小的情況，但工作面風(fēng)速仍保持在1.0 m/s左右。與其他4#煤層綜采面不同的是，由于4 304綜采面采空區(qū)在推進(jìn)6 m時(shí)即發(fā)生了較為徹底的垮落，且垮落后巖石堆積較為嚴(yán)密，工作面風(fēng)量與4 304軌道巷進(jìn)風(fēng)量基本一致，采空區(qū)頂板的及時(shí)垮落保證了配風(fēng)的有效性；同時(shí)，采空區(qū)漏風(fēng)的減少，對4 304綜采面上鄰近層3#煤層的防滅火工作起到了積極作用。

4.2 對工作面瓦斯的影響

（1）瓦斯?jié)舛?/p>

從4 304綜采面初采初放期間的瓦斯變化情況看，整體瓦斯?jié)舛容^為穩(wěn)定，除采區(qū)空頂板垮落時(shí)回風(fēng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.74%以外，其他時(shí)間的瓦斯?jié)舛染?.40%左右。(如圖9所示)

圖9 4 304綜采面回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸兓€圖%

（2）其他地點(diǎn)瓦斯?jié)舛?/p>

除4 304綜采面回風(fēng)瓦斯?jié)舛确€(wěn)定外，綜采面初采時(shí)出現(xiàn)瓦斯異常設(shè)置了較高的擋矸墻（鋼筋網(wǎng)墻體、柔模袋墻體、模斗墻體），擋矸墻鋪網(wǎng)處和支架后立柱等地點(diǎn)均未出現(xiàn)瓦斯超限的情況。

4.3 對抽采系統(tǒng)的影響

綜采面初采初放期間，由于采空區(qū)未垮落嚴(yán)密，不能形成密閉環(huán)境，造成抽采瓦斯較低，墻體壓埋管抽采效果差；同時(shí)，采空區(qū)垮落不嚴(yán)密造成采空區(qū)過風(fēng)量大，采空區(qū)空間受風(fēng)流繞道不能形成瓦斯分層，不能在采空區(qū)上部裂隙帶內(nèi)積聚高濃瓦斯，影響裂隙帶瓦斯抽采效果。4 304綜采面在切眼進(jìn)行切頂爆破后，采空區(qū)及時(shí)垮落，爆破增加了采空區(qū)頂板的裂隙發(fā)育，有效提高了采空區(qū)瓦斯抽采和裂隙帶瓦斯抽采的效果。4 304裂隙帶鉆孔在工作面回采至6 m后抽采瓦斯純量即達(dá)到5.21 m3/min，這在其他4#煤層綜采面是不多見的。

5 結(jié)論及應(yīng)用前景

5.1 結(jié)論

4 304綜采面切眼切頂爆破加快了工作面采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度，在減少采空區(qū)懸頂面積，減少采空區(qū)瓦斯積聚空間，降低采空區(qū)頂板垮落強(qiáng)度，減小采空區(qū)頂板垮落時(shí)的瓦斯涌出量，提高瓦斯治理鉆孔的抽采效果等方面均起到了較大的促進(jìn)作用。

5.2 應(yīng)用前景

由圖7中4 304綜采面采空區(qū)頂板垮落的情況看，采空區(qū)頂板垮落雖然較為及時(shí)，但仍有部分區(qū)段的垮落不具有連貫性，可能在采空區(qū)內(nèi)形成小范圍的瓦斯聚集空間。造成以上情況的原因?yàn)榍醒矍许敱频姆秶锤采w整個(gè)切眼，同時(shí)，在工作面推進(jìn)方向繼續(xù)布置切頂炮眼（可逐漸增加每組炮眼跨度間距）直至初采初放階段結(jié)束，以保證工作面初采初放期間采空區(qū)頂板及時(shí)垮落，提高瓦斯治理效果。（如圖10所示）

圖10 綜采面采空區(qū)切頂炮眼布置圖

綜采面初采初放瓦斯治理工作對于瓦斯礦井均屬于重點(diǎn)和難點(diǎn)，多數(shù)瓦斯治理措施在工作面初采初放期間由于采空區(qū)頂板不能及時(shí)垮落而無法有效實(shí)施。切眼切頂爆破措施的應(yīng)用可有效加快采空區(qū)頂板垮落進(jìn)度，防止采空區(qū)大面積懸頂和瓦斯積聚，增加采空區(qū)瓦斯抽采、頂板裂隙帶鉆孔的抽采效果，是一項(xiàng)切實(shí)有效的瓦斯治理手段，可廣泛用于多數(shù)瓦斯礦井初采初放期間的瓦斯治理。