煤炭勘查职称论文煤与瓦斯突出厚煤层的应用

　　摘要：阳煤集团瓦斯灾害较为严重，寺家庄矿井作为阳煤集团的大型矿井，同时也是煤与瓦斯较为严重的矿井，是阳煤集团第一个采用大采高一次采全高工艺开采15号煤的矿井，在大采高一次采全高采煤工艺在高突煤层中应用积累了丰富的经验。本文将根据寺家庄矿井在15104工作面生产实际情况，对工作面煤壁片帮，支架的稳定性、工作面瓦斯治理和提高采出率等系统进行详细叙述。该矿井较为成熟的采煤工艺模式可为其他煤与瓦斯突出矿井提供借鉴。

　　关键词： 煤矿,大采高,突出性煤层,高产高效

　　1 矿井及工作面概况

　　寺家庄矿井隶属于阳泉煤业(集团)有限责任公司，矿井位于山西省昔阳县境内，2009年投产，设计生产能力为5.0Mt/a。

　　矿井可采和局部可采煤层共4层，从上到下依次为81、84、9、15号煤，其中81、84、9号煤为不稳定～较稳定的局部可采薄煤层，平均厚度为0.88～0.95m，平均层间距5.57～9.40m;15号煤为全井田稳定可采的厚煤层，平均厚度5.67m(含矸)，与9号煤平均层间距为72.01m。

　　矿井采用斜立综合开拓，共开凿四个井筒，分别为主斜井、副立井、中央进风井及中央回风井。矿井共布置两个盘区：中央盘区和南一盘区，每个盘区各布置一个大采高综采工作面，每个工作面产量2.5Mt/a左右，共配备8个掘进工作面，其中煤巷综掘工作面4个，岩巷掘进工作面4个。矿井通风方式采用中央分列式，其中主斜井、副立井和中央进风井进风，中央回风井回风，通风方法为抽出式通风，回风大巷、盘区回风巷为专用回风巷。

　　矿井的首采盘区为中央盘区，首采煤层为15号煤，首采工作面为15104工作面，工作面走向长度1817m，可采走向长度1504m，倾斜长度为240m，主采15号煤层，煤厚4.3～7.1m，平均厚度为5.5m，煤层倾角在3°～15°，平均倾角为7°。

　　2 大采高工艺难点技术分析

　　寺家庄矿井15#煤层使用大采高综采工艺开采，是寺家庄矿井的第一个大采高工作面，也是阳煤集团的第一个大采高综采工作面，寺家庄矿井使用大采高综采工艺主要存在如下技术难点：

　　(1)工作面片帮、冒顶问题。片帮、冒顶严重是大采高综采工艺区别于分层综采工艺与综放开采工艺的一个显著特点，加之寺家庄矿井15#煤层上部普遍存在一层厚0.2~0.5m的软分层，硬度系数仅为0.2，对于上部极软条件下的大采高综采工作面端面顶板控制是一个难点。

　　(2)三角底煤留设与支架稳定控制问题。由于回采巷道高度与采高不协调，前者比后者低2m左右，在工作面端部底板留设三角煤，三角底煤的留设对支架稳定性有较大影响，三角底煤的留设形式及其对支架稳定性的影响，还有支架稳定性的控制技术，都是亟待解决的问题。

　　(3)工作面瓦斯治理问题。阳煤集团其它矿井的15#煤层为综采放顶煤开采，在综放开采条件下，积累了大量瓦斯抽采、治理经验，但对大采高综采条件下的瓦斯治理方法，尤其是寺家庄煤业公司15#低透气性、特高瓦斯含量与大瓦斯压力条件下瓦斯治理技术是需要深入研究的重点难题。

　　(4)大采高综采条件下提高煤炭采出率的技术。大采高综采工作面的采出率一般比综放工作面要高10%左右，但仍有5%左右的损失，如何进一步降低煤炭损失，提高煤炭采出率也是大采高综采技术推广应用中需要解决的关键难题。

　　3 大采高工艺难点治理措施

　　3.1 工作面片帮、冒顶治理措施

　　大采高综采面由于采高大、煤壁暴露的空间大，煤壁片帮严重，常见的片帮形式。

　　寺家庄煤矿15104大采高综采面由于煤壁存在一个较软的顶分层，煤壁片帮形式主要为a和c，占90.1%，其次为e，占5.2%，煤层强度对煤壁稳定性的影响显著，但由于支架局部。煤壁片帮

　　(1)工作面煤壁注水。煤层注水作用是改变了煤体的原始裂隙结构，使煤体脆性降低，增强了塑性变形的性质，促使前方塑性变形区卸压带加宽和支承压力峰值降低，使支承压力区和峰值点远离煤壁，从而避免煤壁片帮的发生或使其强度减弱。

　　(2)加快工作面推进速度，可以减少超前支承压力的影响范围、减少支承压力对煤体的作用时间及降低煤壁损伤程度，从而可以减小煤壁片帮程度。

　　(3)充分发挥支架护帮装置作用。采用护帮板可以增加煤壁的侧向约束力，使用护帮板并使其靠紧煤壁。

　　(4)加固煤壁。当工作面遇到断层等异常带或煤体很破碎时，可采用注浆加固的方法加固煤壁以增加煤体强度，尽量减少煤壁片帮的发生。

　　(5)及时带压移架并提高初撑力，可以及时支护顶板使顶梁与顶板接触良好，可以减小煤壁前方支承压力，从而可以避免煤壁片帮的发生或减轻煤壁片帮程度。

　　(6)异常情况下控制煤壁片帮措施。当工作面已发生片帮或冒顶，或遇到异常带时，采取适当降低采高、减少采煤机截深或加固煤壁的方法，并提高采煤机牵引速度，减少片帮程度。

　　3.2增加支架的稳定性措施

　　(1)支架操作时，要保证泵站有足够的压力，升架时尽快使支架得到其额定初撑力，移架时应采用“带压移架”的方式，做到“少降快拉”。

　　(2)提高煤机截割质量，确保顶、底板平整，移架前必须清理干净架前浮煤，确保支架底座与底板严密接触。

　　(3)严格控制采高，适当提高推进速度。控制采高，可有效保持支架的稳定性;适当提高推进速度，及时支护，既可有效控制冒顶和空顶距的增加，又可减轻支架的压力。

　　(4)留设防滑平台。在下端头5～7m范围割煤时适当留底煤，使下端头附近工作面坡度变小，成为防滑平台。

　　(5)支架充分接顶，使支架受力均匀，避免发生空顶、露顶、冒顶现象，以防止支架尾部受扭失稳。

　　(6)通过安装防滑、防倒千斤顶来进行调整支架倾倒。

　　(7)推移杆全程导向。严格控制推移杆和底座的间隙，支架翘头及底座箱压推移连杆时，必须及时处理。推移杆在任意位置，推移杆和底座间间隙不变，控制输送机下滑。

　　(4)煤壁片帮时要及时超前移架，减少空顶面积。充分利用伸缩梁及护帮板来提高整个工作面设备及系统的稳定性。

　　3.3工作面的瓦斯治理

　　(1)钻孔抽放

　　工作面运输、回风巷自开切眼段每隔2.5m布置一个抽放钻孔，运输巷抽放钻孔深度为135m，回采巷抽放钻孔深度为120m，中间重叠15m。回采工作面运输、回风巷本煤层抽放钻孔拆除时，以不影响工作面回采为宜，确保钻孔抽放时间、效果。

　　(2)高抽巷抽放

　　所谓走向高抽巷，就是在回采工作面顶板中，与回采工作面保持一定垂高、与回风巷平行且保持一定距离，沿回采工作面走向全长布置的抽放瓦斯的通道。高抽巷距离煤层的垂直距离主要有裂隙带高度及瓦斯抽放效果所决定的。参考阳泉矿区裂隙带分布范围为底板以上7~11倍采高，即寺家庄矿高抽巷距15#煤层底板的垂距为38.5~60.5m邻近层较密集的层位。11#煤层上有8#、9#、10#及K4灰岩瓦斯涌出密集区，下有12#、13#、14#上、14#下瓦斯涌出密集区，选择在11#煤层中对于抽放邻近层瓦斯比较有利，因此寺家庄矿高抽巷沿11#煤顶板布置，距离15#煤层底板57.25m左右

　　为保证高抽巷处于充分卸压后的裂隙带范围内，其距离回风巷水平距离为：

　　式中：H—走向高抽巷距离煤层底板垂高，57.25m;

　　γ—顶板岩石垮落角，67°;

　　Lg—高抽巷距离回风巷水平距离，m;

　　L—工作面长度，240m。

　　所以，高抽巷距离回风巷水平距离介于24.3m与120m之间，同时考虑到工作面通风负压的影响，确定其距离回风巷水平距离为66m。

　　(3)“U+I”型通风

　　内错尾巷风排瓦斯占总风排瓦斯的大部分，有效的控制了工作面回风上隅角的瓦斯积聚，从根本上解决了回风上隅角瓦斯超限问题。

　　布置内错尾巷比外错尾巷掘进工程量少，且内错尾巷受压小，巷道随采随冒，一直处于全负压的通风状态，通风良好，风量大，通风管理简单。

　　寺家庄矿15#煤层为煤与瓦斯突出煤层且上分层较软，内错尾巷不易布置在煤层中，因此内错尾巷布置在顶板上方5.0m处。

　　内错尾巷与回风巷的水平距离以10~15m为宜，最大不超过20m，距离较小时，生产过程中，回风巷受应力叠加，应提前加强维护。

　　3.4工作面的煤与瓦斯突出治理

　　(1)突出危险性预测预报

　　严格按要求对工作面进行预测预报，使用WTC瓦斯突出参数仪测定钻屑解析指标来预测工作面突出危险性，如表3-1。预测预报孔深8~10m，必须预留2m的超前距离，每隔10~15m布置一个预测预报孔。工作面正常回采，K1值按0.5掌握，Smax按6掌握;遇构造时，K1值按0.4掌握。如果发现预测参数异常，必须立即采取相应措施。

　　(2)防治突出技术措施

　　工作面检修班时施工卸压孔，施工卸压孔位置在每架液压支架之间，在顶板往下1m范围内施工，数量为每架支架1个，卸压孔垂直于工作面施工，所有卸压孔深度均为13m左右，在满足一天生产时，预留5m的超前距离。

　　(3)防止突出技术措施效果检验

　　采用钻屑指标法进行防突措施效果检验，如表3-1所示使用WTC瓦斯突出参数仪测定钻屑解析指标和钻屑量指标。在预测预报孔超标的地方施工效果检验孔，孔深为8~10m，必须预留2m的超前距离。

　　工作面施工卸压孔后在预测预报孔超标的地方进行效果检验，K1值、Smax值都不超标，方可进行回采;效果检验K1值或Smax值有一个超标需补打卸压孔，补打卸压孔直至效果检验不超标，方可回采。

　　3.5提高工作面采出率的措施

　　大采高一次采全高工艺开采的工作面煤炭损失分为两部分，大采高开采过程中采高损失和初、末采损失。采高损失煤量为主要损失煤量，这其中包括端部损失煤量和工作面内部损失煤量，端部损失煤量主要取决于过渡段长度和底煤厚度。

　　为降低工作面端部底煤高度，减少底煤损失，可采取超前起底的办法，工作面中部正常割煤段高度要达到支架最大采高，对于煤厚超过最大采高的部分，尽量保持底煤平整，以利于支架等设备的稳定，保证工作面快速推进。采煤机要尽量割至顶、底板，保证达到支架最大采高，提高回采率，端部过渡段根据实际情况合理调整，在保证过渡段较短的同时，保证工作面设备的稳定。

　　4 结语

　　(1)研究了大采高综采工作面的煤壁片帮机理。结合支架可伸缩顶梁、防倒、抬底及底调千斤顶和二级护帮等结构特征，制定了支架稳定性控制技术措施，有效防止支架倾倒和下滑以及煤壁片帮与端面漏冒，保证了合理的支架—围岩关系，取得了良好的支架稳定性和围岩稳定性控制效果。

　　(2)集成应用了“采前瓦斯探测+区域划分+工作面巷道预抽+走向高抽巷抽采+‘U+I’型通风+工作面钻孔防突+防突检验”瓦斯综合治理与防突技术体系，取得了显著的效果。

　　(3)大采高综采技术在寺家庄矿15104工作面的应用实践表明：大采高综采工艺比综放，更有利于瓦斯治理，可以在阳泉矿区高瓦斯厚煤层中推广应用。