煤层瓦斯压力 [薄煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术的应用]

　　摘 要：煤与瓦斯是我们生活中的重要组成部分，但我国对薄煤层的开车利用率很低，而且随着开采深度的增加、开采难度也随之增大。为减少煤炭与瓦斯资源的损失，增加煤矿的效益，降低煤矿事故的发生。薄煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术是现代煤矿今后的发展的一个重要的组成部分。
　　关键词：煤；瓦斯；沿空留巷；支护；三位一体
　　1 技术产生背景
　　我国薄煤层的储量约占总储量的20%，但其开采利用率很低，仅占全国总产量的10.4%；近年来，我国大部分煤矿随着开采年限的增加，每年以10-20m的速度在向下延伸，下延速度快，开采难度增加；深部岩石力学行为特殊，赋存的环境差，治理难度大，工程量繁多,瓦斯的涌出量大，突出威胁急剧增大[1]。如何才能在确保安全的情况下提高煤炭的利用率，减少煤炭损失、增加煤矿的效益；如何才能将危害人身安全的瓦斯得以利用；薄煤层沿空留巷Y型通风无煤柱煤与瓦斯共采技术就能很好的解决这一问题。采用Y型通风方式不仅解决了U型通风工作面上隅角瓦斯积聚超限的难题，也降低了工作面回风流中的瓦斯浓度，进而将少瓦斯事故的发生。
　　2 薄煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术的应用
　　薄煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术采用沿空留巷Y型通风一体化针对深井高地应力、高瓦斯含量、低渗透率、三软复合顶板煤层群有着良好的效果与作用；
　　具体实施方案：
　　（1）首采关键卸压层，沿首采面采空区边缘快速机械化构筑高强支撑墙体将回采巷道保留下来。
　　无煤柱沿空留巷钻孔法抽采瓦斯（图1）
　　（2）在留巷内布置钻孔抽采邻近层及采空区卸压瓦斯；采用无煤柱连续开采，实现被保护层全面卸压；同步推进综采工作面采煤与卸压瓦斯抽采，实现了煤与瓦斯安全高效共采（如图1）；抽采的高、低浓度瓦斯分开输送到地面加以利用，实现节能减排，经济、社会、环境效益显著[2]。
　　3 薄煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术要求
　　理论与实践表明，当工作面自切眼向前推进一段距离后，悬露的基本顶随长度的增长而出现断裂、掉矸、下沉，甚至出现将巷道冒实的情况；所以沿空留巷如果只由巷道周围锚杆支护、巷旁充填墙体构成；该结构如果在巷道来压过程中受到强烈的破坏，所以要加大支护强度。巷道组合锚杆支护、巷旁充填墙体、巷内辅助加强支架"三位一体"的沿空留巷围岩整体支护原理和一套新型“三高”锚杆支护、高强锚索桁架式结构（如图2）与自移式强力控顶支架（如图3）辅助补强的留巷支护技术体系解决了这一问题[3]。
　　桁架结构（图2） 自移式辅助加强支架（图3）
　　留巷支护技术体系中采用的自移式辅助加强支架已形成系列产品，可以成功解决不同开采条件下的采动影响期巷道围岩稳定控制问题。该支架采用液压支架结构设计，具有支护强度高、护顶面积大和自移功能（图3为ZT2×4000/18/35型辅助加强支架在井下工作状况）。
　　在沿空留巷技术方面不仅要求高强度的支护，还需要对巷旁的充填有较高的要求，充填材料必须具有早强、高增阻、可缩性且实现可远距离泵送施工的大流态、自密实的等性质。新型CHCT可解决这一难题，其组成成分主要有水泥，粉煤灰，粗、细骨料，复合泵送剂，复合早强剂和水等。配比范围：水泥为10～30%、粉煤灰为7～40%、石子为15～40%、砂为15～30%、水为10～30%；材料性能：充填料浆塌落度120～260mm，可实现远距离泵送，最长水平泵送距离达1200m，泵送入模后自密实；充填结束后2～3h可脱模[4]；1d、2d、3d、7d、28d抗压强度分别可达5MPa、10MPa、12MPa、15MPa和28MPa；具有良好的压缩变形性能，压缩率5～10%，残余强度可达极限抗压强度的35～60%。该材料实现了多套组合配方，能根据不同的矿压显现规律和巷道变形特性要求配制，具有良好的承载特性和压缩变形性能且适宜远距离泵送施工，已形成了多种不同产能的工业化生产模式。
　　快速留巷巷旁充填工艺系统包括：地面干混充填料制备系统、地面至井下干混充填料泵站运输系统、充填泵料斗干混充填料上料系统、充填料浆的制备与泵送系统和充填支架模板系统。
　　主要充填工艺过程为：由地面专门生产线按设计配比生产出干混充填材料，以袋装或专用集装箱散装运至井下泵站；用螺旋输送机或皮带输送机将干混料送至充填泵料斗；在充填泵中加水搅拌均匀后经充填管路泵送至充填模内；充填料浆在充填模内自流平密实，自然养护，待硬化产生一定强度后拆模。快速留巷巷旁充填工艺流程如下图4所示：
　　图4 快速留巷巷旁充填工艺流程
　　4 采区巷道布置方式
　　利用边界回风巷道构筑Y型通风。在采区（下转第6页）边界布置一条回风上山，采区各工作面在切眼位置施工回风联巷与边界回风上山连通，形成Y型通风道[5]，如下图5所示。
　　图5 Y型通风系统
　　5 结语
　　通过薄煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术的应用，可以降低吨煤成本、提高瓦斯的利用率、降低煤与瓦斯事故的发生，所以薄煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术的应用是我国现代煤矿今后发展的一个重要组成部分。
　　参考文献
　　[1]代强. 薄煤层无煤柱开采技术应用[A]第五届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C]，2010.
　　[2]陈家云， 何勇，程建圣. 深部薄煤层无煤柱煤与瓦斯共采技术应用实践[J] ，矿业安全与环保，2009，(5).
　　[3]袁亮. 瓦斯治理理念和煤与瓦斯共采技术[J]，中国煤炭，2010，(6).
　　[4]王家臣.煤与瓦斯共采需解决的关键理论问题与研究现状[J]，煤炭工程，2011，(1).
　　[5]朱晓东.无煤柱Y型通风采空区瓦斯的运移规律[J]，科技信息，2010，(25).
　　作者简介
　　赵洋（1985.10- ），男，1985年10月出生，黑龙江伊春人，2008年7月毕业于黑龙江科技学院，学士学位，助理工程师，现为淮北矿业股份公司祁南煤矿生产管理部技术员，主要从事煤矿现场技术管理。