寺河礦綜采工作面初采瓦斯不穩(wěn)定涌出治理實(shí)踐

郭恩超（晉煤集團(tuán)寺河礦，山西 晉城 048200）

0 引言

寺河煤礦是晉煤集團(tuán)一座特大型現(xiàn)代化礦井，屬“九五”期間國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。礦井一期于1996年12月開工建設(shè)，2002年11月正式投產(chǎn)。2006年國(guó)家發(fā)改委以發(fā)改能源〔2006〕943號(hào)文核準(zhǔn)寺河改擴(kuò)建（二期）工程，批復(fù)在西井區(qū)布置一套獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng)。2008年3月寺河煤礦改擴(kuò)建（二期）工程正式開工建設(shè)（西井區(qū)），2013年1月改擴(kuò)建（二期）工程建設(shè)項(xiàng)目竣工投產(chǎn)，形成了“一礦兩井”（即東、西井區(qū)）格局。寺河煤礦區(qū)位于太行山脈南段西側(cè)，沁水盆地南緣，現(xiàn)在開采3#煤層。

礦井綜采工作面初采老頂前，頂板不穩(wěn)定垮落，造成工作面瓦斯涌出不均衡，瓦斯超限頻發(fā)，給工作面安全生產(chǎn)帶來隱患，研究頂板垮落規(guī)律對(duì)減少瓦斯異常涌出，工作面安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 概述

以6302工作面為例進(jìn)行綜采工作面初采期間瓦斯不穩(wěn)定涌出規(guī)律研究，6302工作面為東六盤區(qū)6302大采高綜采工作面，工作面開采3#煤層，一次采全高，煤層底板標(biāo)高+310～+358m，地面標(biāo)高+680～+820m。工作面東段傾斜長(zhǎng)度為267.3m（凈），走向長(zhǎng)度為224.1m（凈）；西段傾斜長(zhǎng)度為311.7m（凈），走向長(zhǎng)度為682.1m（凈）；工作面走向長(zhǎng)度總共為906.2m（凈）。煤層平均厚度為5.69m。6302工作面頂?shù)装迩闆r，見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

工作面頂板分為偽頂、直接頂、老頂，底板為直接底；在正常初采過程中，隨著工作面的推進(jìn)偽頂、直接頂、老頂逐步垮落，在垮落的過程中，伴隨著瓦斯不穩(wěn)定的涌出，工作面風(fēng)排瓦斯量急劇波動(dòng)，煤頂垮落區(qū)域瓦斯涌出量上升，直接頂垮落區(qū)域瓦斯涌出量波動(dòng)最大，工作面老頂完全來壓后，工作面風(fēng)排瓦斯量才逐步穩(wěn)定在合理的區(qū)間（見表2，圖1）。

表2 6302工作面推進(jìn)度與瓦斯涌出關(guān)系

圖1 6302工作面初采瓦斯數(shù)據(jù)

2 制定初采工作面瓦斯不穩(wěn)定涌出措施

2.1 工作面頂板垮落數(shù)據(jù)分析

根據(jù)寺河礦綜采工作面初采煤頂、直接頂、老頂垮落數(shù)據(jù)分析，寺河礦區(qū)域綜采工作面傾向長(zhǎng)度300m，走向長(zhǎng)度1000～1500m。開采3#煤層厚度為6m左右，3#煤層自燃傾向性為Ⅲ類，屬不易自燃煤層，煤塵無爆炸性。

分析數(shù)據(jù)得出工作面初采推進(jìn)5～10m煤頂垮落，工作面推進(jìn)16～25m直接頂垮落，工作面推進(jìn)25～35m老頂垮落；工作面在直接頂垮落時(shí)，瓦斯涌出量最大，老頂垮落時(shí)工作面瓦斯涌出量趨于穩(wěn)定，煤頂垮落時(shí)工作面瓦斯涌出量開始上升；參考河南理工大學(xué)編制《西井區(qū)采掘工作面合理通風(fēng)方式研究》中綜采工作面自然堆積區(qū)長(zhǎng)度為15m。推進(jìn)超過15m采空區(qū)進(jìn)入巖層離層區(qū)（載荷影響區(qū)），頂板開始垮落。

2.2 工作面頂板控制措施

根據(jù)上面數(shù)據(jù)，工作面機(jī)頭段進(jìn)入直接頂垮落區(qū)域時(shí)，機(jī)尾段在煤頂垮落區(qū)域，機(jī)頭段直接頂垮落，機(jī)尾段煤頂垮落，當(dāng)機(jī)頭段進(jìn)入老頂垮落區(qū)域，機(jī)尾段在直接頂垮落區(qū)域，機(jī)頭老頂垮落，機(jī)尾直接頂垮落，可以有效預(yù)防直接頂大面積垮落造成瓦斯異常涌出，這樣使工作面瓦斯涌出量波動(dòng)不會(huì)大，瓦斯涌出量在可控制范圍，可以避免工作面瓦斯超限發(fā)生。

工作面機(jī)頭超前機(jī)尾10～15m可以使工作面機(jī)頭機(jī)尾分布在不同的頂板垮落區(qū)間，可以有效減少頂板大面積垮落。

工作面為大采高綜采工作面，傾向長(zhǎng)度300m。

2.3 試驗(yàn)案例

W3302綜采（大采高）工作面，處于西井區(qū)+280水平，現(xiàn)開采煤層為3#煤層，一次采全高，工作面位于西三盤區(qū)東南部，南為礦界，東為W3301工作面（已采），西為W3303工作面（正掘），北為西三盤區(qū)盤區(qū)大巷（已掘）。煤層底板標(biāo)高+394～+478m，工作面傾斜長(zhǎng)度為296m（凈），走向長(zhǎng)度為901.03m（凈）；煤層平均厚度為6.05m。頂?shù)装迩闆r與6302工作面類似。工作面安裝173個(gè)支架，支架前后最大步距為0.8m，相鄰支架間距為0.1m時(shí)，機(jī)頭機(jī)尾差距為17m，按照目前綜采設(shè)備可以采取這項(xiàng)措施。

以W3302工作面初采為例，采取措施機(jī)頭推進(jìn)與機(jī)尾推進(jìn)度差10～15m左右，其它措施不變，相鄰地點(diǎn)地質(zhì)條件相差不大。W3302面機(jī)頭機(jī)尾推進(jìn)度差11m，如圖2所示。W3302工作面初采瓦斯數(shù)據(jù)見表3，圖3所示。W3302面與6302面數(shù)據(jù)對(duì)比見圖4。

表3 W3302工作面推進(jìn)度與瓦斯涌出關(guān)系

圖2 W3302通風(fēng)系統(tǒng)圖

圖3 6302工作面初采瓦斯數(shù)據(jù)

圖4 6302面與W3302面初采瓦斯數(shù)據(jù)對(duì)比

2.4 通過瓦斯數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)

通過數(shù)據(jù)分析W3302工作面和6302工作面初采瓦斯數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

1）W3302工作面瓦斯涌出量波動(dòng)幅度變??；W3302工作面總體瓦斯涌出量偏小；

2）工作面瓦斯?jié)舛绕?，瓦斯?jié)舛纫矝]有明顯大幅波動(dòng)；

3）工作面初采瓦斯影響小，提高了生產(chǎn)效率。

3 結(jié) 論

通過控制綜采工作面初采期間機(jī)頭機(jī)尾推進(jìn)距離，根據(jù)寺河礦頂?shù)装宓刭|(zhì)條件情況，機(jī)頭機(jī)尾推進(jìn)差距控制在10-15米左右，煤頂、直接頂、老頂分區(qū)段逐步垮落，避免初采期間頂板大面積垮落，將采空區(qū)聚集的瓦斯瞬間擠出導(dǎo)致出現(xiàn)瓦斯超限的隱患，瓦斯治理效果明顯，工作面瓦斯?jié)舛葴p小，工作面風(fēng)排瓦斯涌出量明顯降低，初采期間瓦斯涌出量波動(dòng)幅度大幅減小，大大提高了工作面初采期間的安全系數(shù)，保障工作面的安全生產(chǎn)。