沿空掘巷工作面瓦斯治理技術(shù)研究

摘 要：文中分析了地應(yīng)力對瓦斯賦存的影響，并采用鉆屑指標(biāo)分析考察了沿空掘巷應(yīng)力與鉆屑量之間的關(guān)系。由于留設(shè)煤柱寬度為6m，為了防止采空區(qū)與巷道之間出現(xiàn)貫通，采用噴漿及注漿封堵技術(shù)對小煤柱進行加固，取得了較好的瓦斯治理效果。

關(guān)鍵詞：沿空掘巷；瓦斯治理；注漿加固；鉆屑指標(biāo)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.071

西南地區(qū)是我國瓦斯事故發(fā)生的重災(zāi)區(qū)，煤層瓦斯含量高、瓦斯壓力大，透氣性底，給礦井瓦斯治理難度高。沿空掘巷巷道在形成初期就受到地應(yīng)力、采動影響以及瓦斯賦存影響等[1]。開采應(yīng)力、瓦斯賦存等都會影響到沿空掘巷護巷煤柱寬度的確定，充分掌握瓦斯賦存以及應(yīng)力分布規(guī)律可以提升巷道的掘進速度，保證巷道掘進安全，提升瓦斯治理效果[2]。

1 工作面概況

大灣礦X10901-3回采工作面位于1450水平，回采面設(shè)計走向長度為946m，可采長度為860m，傾斜長度為180m，開采9號煤層，煤層的原始瓦斯含量為11.5m3/t，瓦斯壓力為3.38MPa，煤層厚度最大為3m，最小厚度為1.2m，平均厚度為2.15m，煤層內(nèi)含有多層加矸，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，煤層傾角在5°，老頂為淺灰色中厚層細砂巖，顯水平層理；直接底為深灰色中厚層泥巖。

2 沿空掘巷應(yīng)力區(qū)分布

2.1 地應(yīng)力對瓦斯賦存影響

在巷道掘進的煤巖環(huán)境中煤的物化性質(zhì)、地應(yīng)力、瓦斯壓力等共同作用形成煤與瓦斯突出。其中主控因素為瓦斯壓力場以及地應(yīng)力場[3]。在瓦斯壓力場及地應(yīng)力場的綜合作用之下，煤層本身的物理性質(zhì)會隨之發(fā)生一定的變化，本身的應(yīng)力平衡失穩(wěn)，賦存不穩(wěn)定[4-5]。通過降低煤層瓦斯壓力，增加有效應(yīng)力可以在一定程度上提升煤體的自身抵抗破壞的能力。沿空掘巷對瓦斯進行治理可以從應(yīng)力集中區(qū)分布，集中區(qū)域內(nèi)煤體破壞程度，彈性變形區(qū)分布等方面，掌握以及確定合理的煤柱寬度，確保沿空掘巷巷道在掘進期間可以起到良好的瓦斯治理效果。

2.2 鉆屑指標(biāo)分析考察應(yīng)力分布

采用鉆屑指標(biāo)作為預(yù)測煤與瓦斯突出的一個敏感值，同時也可以將此指標(biāo)作為獲取回采面礦壓規(guī)律分布的規(guī)律的指標(biāo)。當(dāng)取樣點位于應(yīng)力集中區(qū)域時，取得的鉆屑量增加，通過分析獲取的鉆屑量、瓦斯壓力以及應(yīng)力分布情況，獲得的巷道周邊煤體內(nèi)的應(yīng)力分布如圖1所示。

通過對X10901-3工作面沿空掘巷巷道在掘進期間的不同鉆孔深度的鉆屑量值進行統(tǒng)計，具體如表1所示，從表中可以看出，鉆孔深度在8m時取得的鉆屑量與公式S0=ax+b相吻合，通過相關(guān)的數(shù)值擬合分析，巷道掘進期間敏感指標(biāo)預(yù)測校驗值取樣地點均是取位于應(yīng)力峰值之前。

從淺孔鉆屑指標(biāo)分析考察，深入到深孔。施工深度為30m鉆孔，并對每m范圍內(nèi)的鉆屑質(zhì)變分布情況分析統(tǒng)計，在巷道掘進期間選用兩個間距60m的鉆孔，鉆孔深度均為30m，對不同孔深的鉆屑量指標(biāo)進行考察，具體如圖2所示。從圖中可以看出，隨著鉆孔深度的增加，孔深接近到17.5m以及21m位置時，鉆屑量達到最大值，這與側(cè)向應(yīng)力集中有較為明顯關(guān)聯(lián)。

3 沿空掘巷瓦斯治理技術(shù)分析

3.1 地應(yīng)力對瓦斯分布影響

煤體本身屬于多孔隙介質(zhì)，不同性質(zhì)的煤炭具有的孔隙結(jié)構(gòu)、縫隙等均有區(qū)別。地應(yīng)力對煤層孔隙有明顯影響。在采掘作用影響下，引起應(yīng)力降低時，煤層內(nèi)的裂隙出有較大幅度的增加，煤層的透氣性增高是多個數(shù)量級級別，這種應(yīng)力場的變化給瓦斯運移，瓦斯涌出都有較大的影響。

3.2 預(yù)留煤柱寬度分析

大灣礦開采的9號煤層屬于焦煤、廋煤，從不同煤中巷排瓦斯帶寬度（具體如表2所示）可以看出，巷道煤壁暴露時間超過300d時，巷排瓦斯帶寬度可以達到18m以上。護巷煤柱留設(shè)6m，可以確保煤柱位于巷排瓦斯帶之內(nèi)。

3.3 小煤柱側(cè)注漿封堵瓦斯技術(shù)

在X10901-3沿空掘巷工作面與上區(qū)段采空區(qū)間留設(shè)有寬度6m的護巷小煤柱，巷道掘進的斷面在寬4m，高3.2m，巷道采用錨索、錨桿、金屬網(wǎng)配合工字鋼支護。通過對掘進期間瓦斯涌出監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，在掘進工作面順槽有瓦斯涌出，濃度在0.5%左右，為了防止正常生產(chǎn)期間造成采空區(qū)內(nèi)與掘進巷道聯(lián)通，造成采空區(qū)瓦斯大量涌出到掘進巷道，采用噴注堵漏方式。

（1）以X10901-3沿空掘巷工作面中線為界，將靠近在采空區(qū)側(cè)的煤壁以及頂板進行混凝土噴射，噴射的厚度在100～200mm。通過對巷道小煤柱幫邊進行噴射，既可以做到封堵小煤柱裂隙作用，還可以與煤柱注漿結(jié)合，增強煤柱自身強度。

（2）煤柱注漿。在已經(jīng)噴漿的小煤柱側(cè)，采用注漿方式封堵煤柱內(nèi)的孔隙，防止采空區(qū)與掘進巷道之間聯(lián)通，造成采空區(qū)瓦斯向巷道涌出。采用型號為TBW50/15的注漿泵，堵漏劑的配合比為高分子材料：水=1.5：1000。將出料管與注漿鉆孔出漿口，鉆孔套管等安裝牢固，用清水對注漿管路以及注漿孔進行清洗，確保注漿管路以及鉆孔通暢。

在小煤柱上設(shè)計2排注漿鉆孔，第一排鉆孔距離巷道頂板距離為400mm，向上與頂板夾角呈30°，鉆孔深度為4000mm，第二排鉆孔距離巷道頂板1000mm，與頂板夾角呈10°，鉆孔深度為4000mm，兩排鉆孔間交叉布置，鉆孔孔間距設(shè)計為1500mm，具體鉆孔布置如圖3所示。

4 總結(jié)

將沿空掘巷巷道布置在側(cè)向應(yīng)力的降低區(qū)，不僅可以降低巷道圍巖的控制難度，而且還能起到排放瓦斯的作用，對巷道掘進后，在沿空掘巷道內(nèi)每隔50m布置一組瓦斯含量取樣測量鉆孔，測得的瓦斯含量在4.3～5.8m3/t，均在規(guī)定的安全值以內(nèi)。同時由于留設(shè)的煤柱寬度在6m，為了防止側(cè)向采空區(qū)與沿空掘巷之間出現(xiàn)聯(lián)通，產(chǎn)生瓦斯運移通道，在小煤柱側(cè)采用噴漿并結(jié)合注漿方式，防止了瓦斯涌出，取得了良好的應(yīng)用效果。

參考文獻：

[1]李書文，王冕.新安煤礦沿空掘巷瓦斯治理技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2018，37（06）：182-184.

[2]葛領(lǐng)勛.高瓦斯煤層沿空掘進采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)研究[J].煤炭與化工，2015，38（12）：122-123+126.

[3]胡煥良.沿空掘巷工作面瓦斯綜合治理方法分析研究[J].山東煤炭科技，2014（07）：7-8.

[4]舒生.中嶺礦中厚煤層沿空掘巷瓦斯防治技術(shù)的研究[A].中國煤炭學(xué)會煤礦安全專業(yè)委員會.中國煤炭學(xué)會煤礦安全專業(yè)委員會2009年學(xué)術(shù)研討會交流論文（部分）[C].中國煤炭學(xué)會煤礦安全專業(yè)委員會：中國煤炭學(xué)會，2009：4.

[5]王多春，李志.高應(yīng)力大傾角含水極松軟圍巖巷道綜合控制機理及支護技術(shù)研究[J].煤礦開采，2007（04）：49-51.

作者簡介：張家文（1970-），男，貴州黔西人，大專，工程師，副主任工程師，從事煤礦“一通三防”工作。