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4.5m大采高突出危险综采面瓦斯综合治理的探索
摘要:通过对平煤集团公司八矿戊9、10-12170综采工作面的瓦斯地质进行分析,提出了4.5m大采高突出危险工作面的瓦斯综合治理措施及效果。
　　
　　关键词:4.5m大采高;突出危险;综采面;综合治理
　　
　　戊9、10-12170综采工作面位于戊二下延采区东侧,采用后退式开采,“U”形通风方式。采面走向长474m,倾斜长127m,倾角9°~12°,工作面设计采高4.5m。顶底板均为砂质泥岩。14.5m大采高综采工作面的特点及难点该工作面在掘进期间,出现严重的夹钻、顶钻、喷孔、响煤炮等突出预兆,且效检超标累计46次,其中qmax为40L/min,Smax为7.4kg/m,通过分析总结,该工作面有以下4个特点:一是该工作面瓦斯含量22m3/t,瓦斯压力1.8MPa,普遍存在0.5~2.0m软煤分层,突出危险性大;二是采面初采切眼跨度大,达7.4m,应力集中;三是风、机两巷设计断面大,达13m2,上、下隅角封堵困难;四是采高大,打钻困难,管理难度大。
　　
　　针对该工作面4个特点,如何管好、用好4.5m大采高支架,实现安全生产,必须解决4个难题,即:①摸索大采高矿山压力规律及有效控制;②研究大采高抽放空白带防突措施钻孔布置及施工工艺;③研究大采高上、下隅角封堵抽放方式及实施;④研究大采高如何防止煤壁片帮。如该采面虽然选用掩护式6400kN高阻力支架和浅截深割煤机等高性能的设备,但由于措施不力,采面自2004年2月14日以来,煤壁多次片帮,造成回风瓦斯浓度在4%以上,且防突效检连续3次超标,其qmax为7.3L/min,严重威胁着该面的安全生产,因此,防止突出和瓦斯超限是该面瓦斯综合治理工作的重点。
　　
　　2瓦斯综合治理措施
　　
　　2.1强化采场支护
　　
　　(1)在工作面安装矿山压力监测装置,责成专人分析,掌握大采高情况下矿山压力规律。
　　
　　(2)提高规范支架操作工现场操作质量,使其操作规范化、程序化,做到移架及时到位,护帮板及时打开紧贴煤壁,确保初撑力不低于30MPa,做到有效支护顶板,防止工作面前方应力集中。
　　
　　(3)优化割煤工艺,规范采煤司机割煤工序,始终先割顶部煤,后割底部煤,严禁留伞檐,割煤机行
　　
　　走速度保持2m/min左右,达到均匀割煤,同时采煤司机和支架工要密切配合,做到先收护帮板、再割煤、移架、伸开护帮板,周而复始,以防止煤壁片帮,诱发瓦斯事故。
　　
　　2.2优化防突措施孔布孔参数
　　
　　(1)钻孔布置及封孔工艺。戊9、10煤层透气性系数为0.076m2/(MPa2•d),属较难抽放煤层。该采面在掘进期间风、机两巷沿煤层倾向虽然已布置Φ89mm,深50m左右的本煤层预抽孔,但其抽放率仅为10%左右,同时采面中间存在着抽放空白区,为防治突出,使工作面前方应力有效向深部前移,利用工作面前方煤体受采动卸压后透气性显著提高这一特性,采用卸压区浅孔抽放。为此重新测定该采面措施孔的排放半径,优化大采高工作面钻孔布置,即一是在采面布置2排Φ89mm、孔深10m、孔间距2m的措施孔,措施孔呈三花眼布置,其中上排孔终孔位置要控制到软分层中,每循环共打126个孔,并采用快速CF-2型封孔器封孔,做到打一个抽一个,待效检后进行高压注水,改变煤体结构,防止突出;二是采用长钻孔效检,效检孔深6m,孔间距10m,共打10个效检孔,采用q值、s值、Cq等3种指标效检,若效检参数均不超,允许进尺3m,保留措施孔超前距7m,效检孔超前距3m。
　　
　　(2)钻孔的施工工艺及劳动组织。一是采面配备10台QFZ-22型防突轻便钻机,8台同时使用,
　　
　　2台备用,为使采面上排措施孔控制到距底板2.5m以上的软分层中,采取吊挂式的打钻新工艺;二是采面配备2套测试仪器、仪表,4个专职防突测试工,实行专业化、程序化防突测试;三是采面措施孔打钻队伍专业化,配备50人专一执行防突措施,做到随打、随封、随抽、随注;打钻时间固定化,打钻时间定为每天8:00检修班。
　　
　　2.3强化高位水平钻孔瓦斯抽放防止采空区冒落带与裂隙带之间的高浓度瓦斯涌入到上隅角是最有效措施之一是高位顶板水平钻孔。戊9、10-12170采面风巷每间距100m做一个顶板高位钻场,每个钻场布置7个Φ89mm、深140m的高位水平钻孔,钻孔水平方向控制风巷以下2~15m的范围内,垂直高度控制到戊9、10煤层顶板以上10~16m的位置,强力抽放采空区上部高浓度瓦斯。其单孔浓度最高可达60%~80%,单孔纯瓦斯流量在1.2m3/min左右,其抽放采用2BEF-353型80m3/min抽放泵和Φ200mm抽放管单独系统高负压、高浓度的抽放采空区瓦斯。
　　
　　2.4加强上下隅角管理
　　
　　下隅角试用聚胺脂砌块封堵工艺,其外再吊挂一道30m长接顶接底的挡风障,防止下隅角向采空区漏风。上隅角采用10根Φ75mm的高分子吸排管紧贴顶板插到切顶线处,利用2BEC-42型160m3/min抽放泵和Φ500mm抽放管单独抽放系统,低负压、大流量强力抽放上隅角瓦斯,使上隅角高浓度瓦斯提前分流抽走,不涌向上隅角。同时靠切顶线并在10根Φ75mm抽放支管末端以外再挂一道接顶接底的挡风障,其外再挂一道30m的导风障,起均压和挡瓦斯的作用。
　　
　　2.5优化采场设计加强通风
　　
　　该采面采用ZY6400/23.5/45高支架,最大控顶距5m,高4.5m,机、风两巷采用4.2m×3m的
　　
　　大断面支护,其风流畅通,达到降低机、风两巷的风压差,减少采空区漏风,防止采空区瓦斯大量涌出的目的,为此该采面配风为1800m3/min,机风两巷的压差仅为60Pa。
　　
　　3结论
　　
　　(1)八矿在戊9、10-12170综采工作面4.5m大采高实践,摸索出了矿山压力规律:即直接顶初次跨落步距17~20m;老顶初次跨落步距25~35m;老顶周期跨落步距17~20m,能有效控制矿山压力。
　　
　　(2)卸压区浅孔抽放,由单排孔布置改为两排三花眼布置,杜绝了采面抽放空白带突出,降低了煤壁瓦斯涌出,使回瓦斯保持在0.5%以下。
　　
　　(3)规范、优化了支架操作工和割煤司机的移架和割煤工艺,控制了矿山压力,有效防止了煤壁片帮。
　　
　　(4)改进了上、下隅角封堵材料和工艺,提高了上隅角抽放效果,减少了投入,减轻了工人劳动强度。
　　
　　(5)该采面瓦斯综合治理技术可行,效果明显,有效解决了瓦斯对采面正常生产的制约和影响,目前该采面瓦斯涌出量在21.27m3/min前提下,平均日产达到达3000t以上,实现了采面高产高效。

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