窑街矿区高瓦斯煤层放顶煤安全开采技术研究

窑街矿区高瓦斯煤层放顶煤安全开采技术研究

中图分类号：p633.6 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）12-0248-01

一、概述

我国从1982年开始试验研究综放开采技术，第一个急倾斜特厚煤层水平分层综放开采工作面，于1986年3月在窑街矿务局二矿投入试验。20多年来经过试验、推广完善及提高几个阶段，实践证明已经成为高产、高效、安全、经济效益好的采煤方法，并成为建设高产高效集约化矿井的有效技术途径之一。

二、窑街矿区高瓦斯煤层放顶煤开采条件

鉴于高瓦斯煤层进行放顶煤开采在安全方面有其特殊性，主要表现在放顶煤工作面上隅角发生瓦斯超限，采空区如有空洞易形成瓦斯集聚区，采空区遗煤自燃，易发生瓦斯爆炸事故等。因此，高瓦斯煤层进行放顶煤开采时，对其地质条件有特殊要求。

1、煤层直接顶板及底板岩性与厚度

从放顶煤开采提高采出率出发，不但要求顶煤能随采随冒，也要求煤层的直接顶能随采随冒，而且要求直接顶的垮落高度，至少等于煤层的厚度。高瓦斯煤层进行放顶煤开采也必须满足这一要求，主要是出于安全的考虑。如果直接顶不能随采随垮，或虽能随采随垮，但垮落厚度小，不足以充填采空区，则必然在采空区形成空洞，给瓦斯积聚提供了空间。同时，工作面采空区形成不了压实带造成裂隙给空洞提供了供氧条件，则空洞内一旦具备瓦斯爆炸“三个条

件”就会发会瓦斯爆燃事故，并会波及工作面。特别是在工作面初采期间，直接顶不能充分垮落，极易形成这样的条件。

2、坚硬顶煤和坚硬顶板放顶煤开采

在坚硬顶煤条件下进行放顶煤，窑街矿区已有成熟的经验。即通过顶煤的软化处理，改善顶煤的冒放性，主要手段是注水软化和预爆破处理。对于注水特性好的煤层以注水软化为最佳选择；因为这种方法除了软化顶煤外，还可以起到防尘、降温还能起到自燃发火，排放瓦斯的作用。对于注水特性不好的煤层，只能采用预爆破的方法进行顶煤软化处理。对工作面局部块段或两端头顶煤不易垮落的顶煤，也有实施架间振动爆破的。从安全角度考虑顶煤软化对于高瓦斯为煤层，更重要的是避免顶煤垮落不充分，在采空区形成空洞，积聚瓦斯，造成安全隐患。在工作面两端或局部地段进行顶煤松动爆破处理时，应控制钻孔的位置和方向，保证松动圈不和采空区连通。要求打眼工作应在工作面煤壁附近进行，钻孔位置距煤壁的距离不应大于1m，钻孔方向与采空区方向的倾角不超过15°。

当煤层顶板坚硬或直接顶很薄时，对放顶煤是不利的。一般情况下即使进行顶煤软化处理，效果也是不理想的。即使不考虑采出率，在高瓦斯煤层下，采空区空洞积聚瓦斯是不可避免的。因而对于高瓦斯厚煤层，如果煤厚度在5-6m以上，则建议采用预采顶分层放顶煤采煤法。在开采顶分层时，可以释放煤层的瓦斯，起到开采解放层的作用。

3、高瓦斯煤层放顶开采的巷道布置

高瓦斯放顶煤工作面的巷道布置必须保证工作面回风巷和工作

面上隅角的瓦斯不超限。工作面通风即要考虑稀释采煤机落煤、放顶煤等工序所释放出的瓦斯，同时也要考虑采空区和上部煤岩体由于采动破坏释放并涌入工作面的瓦斯。因而放顶煤作面的巷道布置从通风角度考虑有各种形式，有平面多巷布置方式。

（1）u形布置：工作面采用一进一回通风系统，这种通风方试易出现工作面回风巷和工作面工作面上隅角瓦斯超限，因而不适宜高产工作面；遇到工作面上隅角瓦斯超限时，多采用风障和局部通风机进行稀释。

（2）e形通风系统或称u+l立体通风系统：即在u形通风系统的基础上，在煤层顶板或顶煤中另掘一条巷道，形成第二条回风巷，在多数情况下作为瓦斯排放巷。这种方式可有效降低工作面上隅角瓦斯超限几率，并能有效的排出顶煤中释放的瓦斯。布置在煤层顶岩石中高抽巷属于此种类型通风系统。

（3）y形通风系统：在采用煤柱巷帮充填护巷，进行放顶煤开采时，在采空区保留一条巷道，作为回风巷，而工作面的2个平巷做进风用，形成两进一回的通风格局。

（4）y+l形通风系统：在y形通风的基础上，另掘一条回风巷，形成两进两回的通风格局。

（5）e+l形通风系统：在e形通风系统的基础上，为增加工作面上部的排瓦斯能力，在工作面回风巷外侧另掘一条巷道作为回风巷，形成一进两回一抽的通风格局。

4、高瓦斯放顶煤工作面的采煤工艺

（1）采煤机割煤速度和放顶煤速度

回采工作面煤壁瓦斯涌出量计算公式如下：

式中xc为单位煤的重量在回采工作面停留时间之内涌出的瓦斯量，m3/t；m为采煤机落煤（放煤）效率，t/min，m=hb，其中h为截割高度，m；b为采煤机截深或放煤步距，m；、为煤体容——kn/m3。从以上可以看出，煤壁和采落煤体的瓦斯涌出量，都与采煤机的割煤速度或放煤速度成正比。因而在高瓦斯放顶煤工作面，应控制割煤速度和放煤速度，否则会造成工作面局部瓦斯超限，其割煤与放煤速度应通过实测确定。

①在工作面初采通过开切眼前对切眼上方的顶煤和后方煤柱实

施爆破处理，使工作面顶煤的初次垮落步距为零。

②在直接顶垮落之前不得进行放顶煤，如果此时大量放顶煤将采空区放空，必然形成巨大的瓦斯积聚空间。

③应采取缩小直接顶的初次垮落步距，有效的方法是在工作面切眼上方顶煤体中，沿顶板掘一辅助切眼，在辅助切眼时，对直接顶进行拉槽预爆破处理，可使直接顶的初次垮落步距缩减为零。

5、高瓦斯煤层放顶煤工作面的防火

高瓦斯煤层进行放顶煤开采时，除采用常规的综合防灭火措施外，必须考虑防治斯和防火之间的关系，应从以下几方面着手解决：（1）从某种意义上讲，采空区积聚瓦斯，必然减少采空区的供氧量，因而对防火是有利的，但采空区瓦斯如果大量涌入工作面，

则势必对工作面安全带来威胁；为避免采空区瓦斯涌入工作面，可以改变工作面推进方向，即使工作面沿煤层伪俯斜布置，使工作面的推进方向变为伪俯斜向下推进，这样采空区的瓦斯向运动，不致涌入工作面内。

（2）在采用u+l形通风系统时，应尽量缩短回风流经过采空区的路线或避免回风流经过采空区，以防止采空区漏风。

（3）在u形或e形通风条件下，应加强工作面两端头尾巷的密闭，防止采空区漏风。在e形通风条件下，应尽可能通过高抽巷或排放瓦斯巷排放采空区瓦斯，以降低采空区的瓦斯含量。

（4）在y形通风条件下，应对巷帮充填带喷浆或注入防火凝胶，防止充填带漏风。

（5）在任何通风条件下，都应加强工作面的推进速度，以尽快使采空区厌氧带的出现时间小于煤炭自燃发为期。

三、结论

高瓦斯煤层放顶煤开采技术，通过对窑街金河煤矿、三矿等几对矿井在工作面布置方式和工作面初采放顶及防灭火等方面的实际

应用，并通过多年的实践和经验总结，技术上是合理可行的，安全上是可靠的。