浅析煤矿综采面采空区悬顶处理技术

谷亮鸽,

（中国神华神东煤炭集团保德煤矿,山西 保德 036600）

浅析煤矿综采面采空区悬顶处理技术

谷亮鸽,罗伙根

（中国神华神东煤炭集团保德煤矿,山西 保德 036600）

针对神东矿区高瓦斯矿井属于复合型顶板的综采面瓦斯治理的实际情况，为防止采空区大面积悬顶突然垮落造成瓦斯事故，提出了以退锚索、高压预裂、码放黄土袋、断网为主的采空区悬顶处理技术，防止采空区大面积悬顶突然垮落造，从而保证了高产高效顺利进行，为今后类似条件工作面悬顶问题的处理与解决，提供有益的参考。

综采面；大面积悬顶；瓦斯事故

瓦斯防治是煤矿安全生产永恒的主题，对于瓦斯含量较低和地质条件简单的矿井，瓦斯治理并不难，一般采用通风方法便可解决。反之，如果是高突矿井且地质条件复杂的矿井，还会采用超前预抽、泄压，采空区抽采或地面抽采瓦斯等方式[1-3]。为解决上隅角瓦斯超限问题，部分矿井还采用了压风引射器引排法、小型液压风机吹散法、钻孔及埋管抽采法等[4]。对于回采工作面的瓦斯治理目前通常采用的是常规的开采解放层、超前预抽和边采边抽的工艺，如阳泉、晋城矿务局等[5]。煤矿开采技术发展日新月异，国内已经有综采工作面瓦斯治理技术的相关研究[6-9]，但是，由于综合机械化采煤的开采强度大、速度快，导致工作面瓦斯涌出量较大，最终形成大面积的采空区，瓦斯治理措施如果不到位，但仍无法完全杜绝瓦斯超限的发生。综采工作面的顶板大多为复合型顶板，工作面推过后有时会出现顺槽段采空区悬顶面积过大且长时间不垮落，致使瓦斯等有害气体积聚。若大面积悬顶突然垮落，有可能形成飓风，现有的抽采和风排无法及时排除和稀释瞬间的有害气体，不但危及作业人员安全，而且可能导致瓦斯事故[10]。为保证工作面推进后隅角悬顶及时垮落，对采空区悬顶处理技术进行了系统研究，提出了具体的技术方法。

1 81305综采面概况

保德煤矿位于山西省保德县境内，可采煤层四层，目前正开采的为最上部的8#层，煤种为气煤，为高瓦斯矿井。81305综放面位于三盘区，采用走向长壁综合机械化放顶煤采煤方法回采。工作面长240m，推进长度2696m，煤层厚度平均6.6m，煤层倾角平均4º左右，属厚煤层。煤层结构复杂，夹矸4-5层，煤层顶板泥岩、粗砂岩，厚度6.08～9.26m，底板为粉砂岩、粗砂岩，厚度3.15～9.15m。

2 瓦斯治理概况

从2011年开始，为实现高瓦斯矿井高标准管理，山西省煤炭工业厅要求采掘工作面的瓦斯传感器的报警、断电、复电浓度在《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029—2007）规定的基础上下调20%进行管理。以神东公司高瓦斯矿井保德煤矿某一综采工作面为实际研究对象，经过实践，保德煤矿在瓦斯治理方面总结和提炼出了一套行之有效、科学合理的瓦斯治理模式：预抽模式为：多打孔、严封闭、综合抽，采空区抽采模式为：大管径、低负压、大流量[11]。81305工作面回采期间采取风排、本煤层预抽、采空区抽放联合治理瓦斯方案。

3 采空区悬顶处理技术

3.1 提前退锚索

采用人工或机械方式卸掉锚索，及时退锚索，降低工作面顺槽隅角处的巷道支护强度，以便使上、下隅角上方的顶板在处于采空区后及时、连续垮落，断开沟通采空区的风流通道并消除瓦斯积聚空间。根据81305综放面巷道顶板压力情况，在回风顺槽超前工作面1～3m范围合理安排退顶板锚索工作，促使回风隅角三角区顶板能够及时冒落，减少悬顶面积。为保证支护效果，以端头支架顶梁前端为基准，每次退锚索距离不得超过3m，退锚索必须在超前单体支护范围内，严禁超距离或随意退锚。

3.2 高压注水预裂顶板

高压注水预裂属于人为增加裂隙和弱面，注水后可以使顶板岩石中的胶结物和部分矿物溶解，减小层间粘结力；高压水后形成水锲可以增加岩石中的裂隙弱面。因此，注水后岩石的强度将显著降低，使隅角顶板及时垮落，从而减小顶板悬露和冒落面积。在综放面进风巷和回风巷向顶板施工注水钻孔，采用超前注水的方式。此次高压注水试验采用3ZSB-158/18高压柱塞泵一台，输入功率160KW，额定工作压力63MPa，额定流量127L/min，工作压力设为55MPa；注水管路采用DN19mm高压注水管，最大承受压力80MPa；Φ32mm封孔器2根，长度为1.2m。注水钻孔与巷道夹角70°，回风顺槽钻孔设计深度70m，回风顺槽孔深50m，钻孔开孔间距30m，孔径80～90mm，进风顺槽注水钻孔倾角30°，回风顺槽倾角25°。注水压力为不小于15MPa，注水时间10～12d以上，为了降低岩石的浸水软化系数，注水液体加入2～8%的盐酸容易可以提高软化效果。注水湿润半径除与注水量及压力有关外，还与顶板岩性和注水时间等因素有关，在未考察前注水半径暂按15m考虑，即注水孔间距30m。

3.3 构筑黄土袋墙

在充分实施退锚索措施、顶板高压注水预裂后，仍不能有效控制悬顶面积、确保两顺槽采空区顶板随工作面推进及时垮落时，应在工作面隅角在副帮和后部运输机电机之间处施工黄土袋墙，以控制向采空区后部漏风，阻止遗煤氧化，消除采空区自然发火隐患和减少顶板突然垮落时有害气体涌出量。当两顺槽采空区悬顶滞后切顶线超过10m时，应在两顺槽隅角构筑黄土袋墙。黄土袋墙位于后尾梁支架的下方，上接顶、下接底，黄土码放厚度底板处为2.0m，封顶时不低于1.5m。码放宽度要求左侧距离后部运输机电机预留0.5m，右侧紧贴巷道副帮，贴副帮码放与支架搭接，封堵采空区。大面积悬顶一旦突然垮落，该黄土袋墙能够起到一定的支撑和缓冲作用，可以有效避免瓦斯事故的发生。

回采工作面隅角以里黄土袋码放示意图

3.4 断网

虽然实施退锚索工艺，但是仍有部分锚索无法退掉，采空区顶板垮落时经常会将锚索托盘崩掉，而采空区积存的瓦斯浓度为5%左右，正好处于瓦斯爆炸界限，为防止瓦斯事故，要求随着工作面的回采对综放面一、二号回顺及联巷超前工作面20m范围的锚索全部涂抹黄油，杜绝静电火花出现。同时，为防止静电传导至采空区，要求对回采工作面回风顺槽每隔20m断网，断网的标准为：巷道全断面断网一次，宽度为200～300mm，为保证支护强度，断网期间要求一边断网一边补挂塑料网，正帮侧为塑料网不需断。

4 悬顶处理效果分析

根据矿方生产指挥中心监测监控系统统计数据，相邻81304综放面瓦斯超限15次，其中上隅角超限9次，工作面超限6次，最大瓦斯浓度2.46%。由于采用综合瓦斯防治技术和悬顶处理技术等，81305综放面整个回采中仅瓦斯超限2次，均为上隅角瓦超限，最大浓度1.08%，原因一次为初次来压老顶大面积垮落，一次为无计划停泵影响。通过采用退锚索、高压预裂、码放黄土袋、断网等悬顶处理技术，取得很好成效，基本上能够杜绝瓦斯事故的发生。

5 结语

通过系统研究，提出了以退锚索、高压预裂、码放黄土袋、断网为主的采空区悬顶处理技术，并形成了固定的管理制度下发严格执行，由此可大大减少采空区大面积悬顶突然垮落造成瓦斯事故，从而保证了高产高效顺利进行。对本矿井深部区瓦斯开采和其他类似条件下的综采工作面，具有一定的实际借鉴意义。

[1]王春光.高产高效矿井的瓦斯综合防治技术[J].煤矿安全,2008（04）:35-39.

[2]刘文朝.高瓦斯矿井综放工作面瓦斯综合治理技术应用研究[J].煤炭工程,2009（04）:74-76.

[3]马丕梁,蔡成功.我国煤矿瓦斯综合治理现状及发展战略[J].煤炭科学技术,2007（12）:7-11+16.

[4]陈登红,李德忠.上隅角瓦斯积聚问题探究[J].煤炭技术,2009（02）:177-178.

[5]李保东.高产高效工作面瓦斯综合治理技术研究现状[J].煤矿安全,2011（05）:120-122.

[6]尤文顺.神东保德煤矿瓦斯防治技术[J].煤炭工程,2006（06）:64-66.

[7]武晋帆.五虎山煤矿瓦斯综合治理技术研究[D].太原理工大学,2011.

[8]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.

[9]罗伙根,张增辉.保德煤矿81304综放工作面上隅角瓦斯治理[J].煤矿安全,2012（09）:126-128.

[10]迟春晓,房旭刚,唐新建.综放工作面上隅角瓦斯超限的研究与处理[J].内蒙古煤炭经济,2007(06):96-98.

[11]《关于转发〈国家煤矿安监局关于深入贯彻落实国办发[2011]26号文件精神,进一步加强煤矿瓦斯防治监察监管的通知〉的通知》(晋煤瓦发[2011]1091号)[S].山西省煤炭工业厅,2011.