宏远煤业沿空送巷泄压消突技术的研究与应用

闫林秀

（山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司，山西 左权 032600）

1 矿井概况

宏远煤矿位于左权县城北约20km寒王乡平王村，主采煤层为15号煤层，15号煤层厚2.08～5.46m，平均厚度4.28m，其顶板为泥岩，稳定性较好。底板为泥岩、砂质泥岩。矿井采用综合机械化采煤方法，顶板管理均采用全部垮落法。采用走向长壁工作面布置。

1.1 矿井煤层赋存地质条件

矿井现开采15号煤层位于太原组下段（C3t1）下部。上距K2灰岩平均20.95m；下距K1砂岩平均2.61m，距奥灰顶面43.35m。煤层结构简单，夹矸0～1层。该煤层稳定，为全井田稳定可采煤层。井田中部较薄，往井田西部有逐渐增厚的趋势。

1.2 宏远煤矿巷道布置与围岩情况

宏远煤矿工作面顺槽沿煤层布置。15号煤层顶板为泥岩，抗压强度36.23～39.0MPa，抗拉强度0.85～1.45MPa，抗剪断强度凝聚力C值1.56MPa，内摩擦角46.8°。15号煤层底板为泥岩，抗压强度45.77～59.17MPa，抗拉强度0.40～1.75MPa。

本井田15号煤层顶板为中硬顶板，底板为中硬－坚硬底板。

1.3 瓦斯赋存情况

宏远煤矿15号煤层原始瓦斯含量最大为23m3／t，平均约为23m3／t，属于煤与瓦斯突出矿井。煤层实测的单项指标中最大煤的瓦斯放散初速度（Δpmax＝26）、最大煤的破坏类型（Ⅲ类）、最小煤的坚固性系数（fmin＝0.22）均超过煤层突出危险性单项指标的临界值，目前开采范围最大瓦斯压力（Pmax＝1.2MPa）对应埋深为380m，井田最深超过500m。

测定的15号煤层钻孔瓦斯流量衰减系数为0.016～0.083d－1，煤层透气性系数为0.2m2／（MPa2·d），煤层的瓦斯抽采难易程度属可以抽采到较难抽采类型。

2 沿空送巷消突技术

根据宏远矿瓦斯赋存特点，属于难抽采的单一煤层，本煤层密集钻孔预抽难以实现消突，根据相关理论研究结果［1－3］，经卸压后，煤层透气性系数增大2 000倍，但不具备开采保护层的纵向卸压条件。根据《防治煤与瓦斯突出规定》第十六条第四款中提到的突出煤层的巷道优先布置在被保护区域或其他卸压区域。采用沿空送巷将工作面一条相邻采空区的顺槽布置在采空附近的卸压区内，防止煤与瓦斯突出。

突出煤层的巷道优先布置在被保护区域或其他卸压区域，这既有利于安全，也提高了生产效率［4－5］。除保护范围外，其他的卸压区域（如图1所示）还包括：突出煤层顶分层回采后的下分层对应范围；突出煤层上（下）区段回采后对应的下（上）区段约小于15m斜长范围内；突出煤层始采线、采止线对应的实体段约10m走向范围内等。但这些卸压范围的大小因煤层的厚度、采高、倾角及周围开采情况会有较大的变化，尤其当处于“孤岛”应力集中区和构造应力集中区时，卸压区域还可能消失。因此，对是否存在这些范围及其大小等，应通过考察确定，并充分考虑所在地点的各种条件。

图1 采掘区域四周的卸压区域示意图

宏远煤业在巷道布置时，将150103工作面回风顺槽布置在150102工作面采空卸压区范围内（如图2所示），150103回风顺槽与150102运输顺槽之间净煤柱为2～4m。在150102运输顺槽掘进时，采用了顺层钻孔预抽条带煤层瓦斯的区域防突措施，经抽采后区域验证不达标，采取了多次反复的局部防突措施。150103运输顺槽沿150102工作面采空卸压区掘进过程中，单靠了150102运输顺槽施工的泄压孔排放消突后，在掘进过程中未发现验证指标K1值超标，实现了安全生产，快速掘进。

图2 宏远煤矿150102采空区打钻卸压示意图

3 沿空送巷合理煤柱尺寸确定方法

3.1 理论分析

根据150102工作面矿压观测结果，老顶初压步距28m左右，周期步距20m左右，老顶断裂线距煤壁的距离10～12m。根据压力分布情况，可能送巷的位置有：在采空区边缘不留煤柱的沿空送巷；在内应力内留小煤柱的沿空送巷；在外应力场中的煤柱；在原始应力区的大煤柱护巷。

3.2 煤柱尺寸确定

经过分析认为送巷的最佳位置应是内应力场中的小煤柱送巷。根据已施工的150103工作面回风顺槽实际情况综合分析及150102运输顺槽两帮松动圈测试结果，松动圈范围在2.0m左右，考虑到架设金属支架时顶板的稳定性，以及瓦斯潜能的充分释放，沿空送巷的合理煤柱尺寸为2.0m以上、4.0m以下，一般取3.0m为最佳。

4 效果分析

沿空送巷消突技术在宏远矿的应用效果如表1、2所示。

表1 150103工作面沿空送巷与非沿空送巷

表2 非沿空送巷与沿空送巷抽采及防突费用效果对比表

综上所述，留设4m煤柱比原来的20m煤柱效益是显著的，在工作面长度基本相同的情况下，150103工作面实现效益271.11万元，同时由于宏远煤矿掘进过程中，由于受到煤与瓦斯突出指标K1值超标的制约，月进尺不足80m。但由于采用沿空送巷，所留的煤柱少，卸压区内布置巷道，从根本上解决了一条顺槽掘进过程中的防治煤与瓦斯突出问题，大大加快了掘进进度，月进度均在240m以上，有效缓解了宏远煤业的采掘接替问题。

5 结语

采用合理的小煤柱沿空掘巷不仅节省了大量的煤炭资源，而且对于现场防突工作具有巨大意义，对煤矿安全生产作用有巨大的安全效益和经济效益。

［1］ 赵明强，华心祝，周华龙.沿空送巷小煤柱的留设及应用［J］.煤炭技术，2008（1）：44-46.

［2］ 钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制［M］.北京：煤炭工业出版社，2003.

［3］ 华心祝，马俊枫，许庭教.锚杆支护巷道巷旁锚索加强支护沿空留巷围岩控制机理研究及应用［J］.岩石力学与工程学报，2005（3）：2107-2112.

［4］ 侯朝炯，李学华.综放沿空掘巷围岩大、小结构的稳定性原理［J］.煤炭学报，2001（2）：1-7.

［5］ 朱川曲，王卫军，施式亮.综放沿空掘巷围岩稳定性分类模型及应用［J］.中国工程科学，2006（3）.13-15.