新集一矿高瓦斯综采工作面坚硬顶板初次放顶瓦斯治理关键技术

丁家军

（中煤新集能源股份有限公司新集一矿 安徽省淮南市凤台县新集镇  232171）

摘  要：概述了新集一矿经过不断摸索与实践,对厚层坚硬难冒顶板综采工作面初放放顶期间所采取了超前弱化强制放顶、超前降低高抽巷层位、切眼与高抽巷施工贯通孔等一系列瓦斯防治关键技术, 促使综采工作面顶煤在初采期间有序垮落,采空区高瓦斯得到有效抽采，防止了顶煤大面积垮落引起瓦斯超限事故，保证工作面安全顺利回采，也为同等条件下的综采工作面初放放顶期间瓦斯治理及安全管理提供了借鉴。

关键词： 高瓦斯综采工作面 坚硬顶板 初次放顶 瓦斯治理   关键技术

1  引言

综采工作面初采是顶板、瓦斯治理的特殊环节,尤其是工作面初采期间采空区易大面积悬顶造成工作面顶板事故，给工作面的安全生产带来不安全因素或在工作面顶煤初次垮落期间,顶板初次来压造成顶煤大面积垮落,瓦斯瞬间大量涌出极易引起瓦斯超限事故。新集一矿经过不断摸索与实践,总结出一整套行之有效的管理办法,能够使工作面顶煤在初采期间有序垮落,瓦斯有效治理，避免了顶板及瓦斯事故。

2  工作面概况

281316工作面是2813采区第一个工作面，平均可采走向长703.9m，平均倾斜长157.2m。风巷底板标高-484.3m～-460.1m，机巷底板标高-519.3～-510.3m；东临131305工作面采空区、南临13煤层未采区、西临八采区13煤轨道上山、北面为13煤层深部未采区；工作面下方为281110工作面采空区。工作面13煤层总体为谢桥向斜南翼的单斜构造，13煤层走向50°～90°，倾向320°～360°，煤层倾角9°～32°，平均18°。13煤伪顶为灰黑色碳质泥岩，薄层状，主要成份为粘土质，含有机质，局部0～0.10m，极为不稳定；直接顶：灰色泥岩，砂质泥岩，灰色，碎块状，泥质成份，致密块状，层理发育，富含植物化石，局部发育有一层不稳定的煤线或碳质泥岩，厚度0.78～2.95m，平均厚度2.17m；老顶为以灰白色、细粒砂岩为主，其成份以石英为主，层理发育，硅质胶结，坚硬，裂隙发育，全区普遍发肓，厚度2.35～27.3m，平均厚度21.0m。

3  瓦斯治理技术

3.1  巨厚砂岩顶板深孔爆破超前弱化顶板强制放顶技术

281316工作面里段10勘探线附近煤层直接顶和伪顶缺失，砂岩老顶与煤层直接接触。工作面回采时易发生悬顶，对瓦斯管理非常不利。通过我矿6煤工作面（210600、150600综采工作面）采取顶板强制放顶技术成功经验。在281316机巷、风巷实施深孔爆破强制放顶技术,进行预裂爆破软化岩石，使顶板得到有序跨落。

根据该工作面的岩石力学性质、砂岩厚度、顶板来压规律，结合131305工作面初次来压步距确定本工作面爆破循环步距为20m，第一组爆破地点设在距切眼东帮25m处，第二组与第一组相距20m，一组3个炮眼，一共2组。

为了确保爆破网路安全起爆，每个炮眼装同段2发雷管，采用串联爆破网路。炸药为特制药柱，连续装药，风动封孔机封堵孔口，黄泥作为封堵炮泥材料。深孔爆破图如下所示。

图1  装药与封孔结构示意图

图2  爆破炮眼布置图

3.2  高抽巷优化布置

高抽巷位置的选择直接影响高抽巷的抽放效果，而煤层顶板特性及煤层厚度又是影响高抽巷最佳位置选择的关键因素。采用完全垮落法处理采空区的工作面，回采后采空区可形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，采空区瓦斯主要积存于裂隙带，故高抽巷层位选择在裂隙带内，新集一矿13-1煤工作面裂隙带在13-1煤顶板以上约30m层位，281316高抽巷底板距13煤顶板法距30m～35m，平面位置为工作面风巷内错25m。为解决工作面初采期间因老顶未冒落或未完全冒落造成高抽巷抽采不佳，高抽巷提前80降低层位，使高抽巷底板距13煤顶板法距18-20m，提高抽采效果。

图3  高抽巷剖面图

3.3  施工贯通钻孔

为防止工作面在回采时高抽巷垮落不好，影响抽采效果，在281316髙抽巷里面钻场向切眼设计8个钻孔，实际施工4个钻孔。

图4  贯通钻孔布置图

回采前，为更佳有效提高初采期间高抽巷抽采效果，在风巷向高抽巷施工6个贯通钻孔（切眼向外8m依次布置，钻孔间距1m），钻孔直径113mm，钻孔下套管；

图5  贯通钻孔布置图

3.4  上隅角埋管

工作面初采期间除通过工作面回风巷贯通高抽巷的钻孔抽采部分瓦斯外，另一部分采空区瓦斯由穿过上隅角挡墙的抽采管进行抽采，上隅角埋管抽采优点是解决局部瓦斯积聚较灵活、针对性强，若高抽巷完全发挥作用后，可根据实际情况确定是否取消上隅角埋管。

表1  281316工作面初采期间上隅角及高抽巷抽采量统计

4  结论

新集一矿281316工作面为解决初采期间瓦斯治理问题，在高抽巷施工至设计位置前提前降低层位，并从工作面回风巷施工钻孔与高抽巷导通，工作面回采前对切眼附近老顶进行预裂爆破。

1）采用深孔爆破超前弱化顶板强制放顶技术后，工作面采空区顶板得到有序跨落，当工作面平均推进35m时，工作面顶板成功冒落，达到预期目标；

2）采用高抽巷提前降低层位并施工钻孔导通后工作面回采初期高抽巷抽采量达到了0.6m³/min，回采推进35m时，工作面顶板成功冒落，高抽巷完全起到作用后抽采量达到3～9m³/min；从工作面初采到高抽巷作用完全发挥，期间工作面回风瓦斯浓度始终稳定在0.35%以下，保证了工作面安全回采；

3）通过采取一系列措施，消除了工作面顶板悬顶、顶板大面积跨落造成瓦斯超限事故等，保证了工作面安全顺利回采，日产4500t~6500t，实现高产高效。

4）为社会创造了安全、稳定和经济效益，也为同等条件下的综采工作面初放放顶期间瓦斯治理及安全管理提供了借鉴。