沿空掘巷工作面瓦斯治理技术研究

摘 要：文中分析了地应力对瓦斯赋存的影响，并采用钻屑指标分析考察了沿空掘巷应力与钻屑量之间的关系。由于留设煤柱宽度为6m，为了防止采空区与巷道之间出现贯通，采用喷浆及注浆封堵技术对小煤柱进行加固，取得了较好的瓦斯治理效果。

关键词：沿空掘巷；瓦斯治理；注浆加固；钻屑指标

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

西南地区是我国瓦斯事故发生的重灾区，煤层瓦斯含量高、瓦斯压力大，透气性底，给矿井瓦斯治理难度高。沿空掘巷巷道在形成初期就受到地应力、采动影响以及瓦斯赋存影响等[1]。开采应力、瓦斯赋存等都会影响到沿空掘巷护巷煤柱宽度的确定，充分掌握瓦斯赋存以及应力分布规律可以提升巷道的掘进速度，保证巷道掘进安全，提升瓦斯治理效果[2]。

1 工作面概况

大湾矿X10901-3回采工作面位于1450水平，回采面设计走向长度为946m，可采长度为860m，倾斜长度为180m，开采9号煤层，煤层的原始瓦斯含量为11.5m3/t，瓦斯压力为3.38MPa，煤层厚度最大为3m，最小厚度为1.2m，平均厚度为2.15m，煤层内含有多层加矸，结构较为复杂，煤层倾角在5°，老顶为浅灰色中厚层细砂岩，显水平层理；直接底为深灰色中厚层泥岩。

2 沿空掘巷应力区分布

2.1 地应力对瓦斯赋存影响

在巷道掘进的煤岩环境中煤的物化性质、地应力、瓦斯压力等共同作用形成煤与瓦斯突出。其中主控因素为瓦斯压力场以及地应力场[3]。在瓦斯压力场及地应力场的综合作用之下，煤层本身的物理性质会随之发生一定的变化，本身的应力平衡失稳，赋存不稳定[4-5]。通过降低煤层瓦斯压力，增加有效应力可以在一定程度上提升煤体的自身抵抗破坏的能力。沿空掘巷对瓦斯进行治理可以从应力集中区分布，集中区域内煤体破坏程度，弹性变形区分布等方面，掌握以及确定合理的煤柱宽度，确保沿空掘巷巷道在掘进期间可以起到良好的瓦斯治理效果。

2.2 钻屑指标分析考察应力分布

采用钻屑指标作为预测煤与瓦斯突出的一个敏感值，同时也可以将此指标作为获取回采面矿压规律分布的规律的指标。当取样点位于应力集中区域时，取得的钻屑量增加，通过分析获取的钻屑量、瓦斯压力以及应力分布情况，获得的巷道周边煤体内的应力分布如图1所示。

通过对X10901-3工作面沿空掘巷巷道在掘进期间的不同钻孔深度的钻屑量值进行统计，具体如表1所示，从表中可以看出，钻孔深度在8m时取得的钻屑量与公式S0=ax+b相吻合，通过相关的数值拟合分析，巷道掘进期间敏感指标预测校验值取样地点均是取位于应力峰值之前。

从浅孔钻屑指标分析考察，深入到深孔。施工深度为30m钻孔，并对每m范围内的钻屑质变分布情况分析统计，在巷道掘进期间选用两个间距60m的钻孔，钻孔深度均为30m，对不同孔深的钻屑量指标进行考察，具体如图2所示。从图中可以看出，随着钻孔深度的增加，孔深接近到17.5m以及21m位置时，钻屑量达到最大值，这与侧向应力集中有较为明显关联。

3 沿空掘巷瓦斯治理技术分析

3.1 地应力对瓦斯分布影响

煤体本身属于多孔隙介质，不同性质的煤炭具有的孔隙结构、缝隙等均有区别。地应力对煤层孔隙有明显影响。在采掘作用影响下，引起应力降低时，煤层内的裂隙出有较大幅度的增加，煤层的透气性增高是多个数量级级别，这种应力场的变化给瓦斯运移，瓦斯涌出都有较大的影响。

3.2 预留煤柱宽度分析

大湾矿开采的9号煤层属于焦煤、廋煤，从不同煤中巷排瓦斯带宽度（具体如表2所示）可以看出，巷道煤壁暴露时间超过300d时，巷排瓦斯带宽度可以达到18m以上。护巷煤柱留设6m，可以确保煤柱位于巷排瓦斯带之内。

3.3 小煤柱侧注浆封堵瓦斯技术

在X10901-3沿空掘巷工作面与上区段采空区间留设有宽度6m的护巷小煤柱，巷道掘进的断面在宽4m，高3.2m，巷道采用锚索、锚杆、金属网配合工字钢支护。通过对掘进期间瓦斯涌出监测发现，在掘进工作面顺槽有瓦斯涌出，浓度在0.5%左右，为了防止正常生产期间造成采空区内与掘进巷道联通，造成采空区瓦斯大量涌出到掘进巷道，采用喷注堵漏方式。

（1）以X10901-3沿空掘巷工作面中线为界，将靠近在采空区侧的煤壁以及顶板进行混凝土喷射，喷射的厚度在100～200mm。通过对巷道小煤柱帮边进行喷射，既可以做到封堵小煤柱裂隙作用，还可以与煤柱注浆结合，增强煤柱自身强度。

（2）煤柱注浆。在已经喷浆的小煤柱侧，采用注浆方式封堵煤柱内的孔隙，防止采空区与掘进巷道之间联通，造成采空区瓦斯向巷道涌出。采用型号为TBW50/15的注浆泵，堵漏剂的配合比为高分子材料：水=1.5：1000。将出料管与注浆钻孔出浆口，钻孔套管等安装牢固，用清水对注浆管路以及注浆孔进行清洗，确保注浆管路以及钻孔通畅。

在小煤柱上设计2排注浆钻孔，第一排钻孔距离巷道顶板距离为400mm，向上与顶板夹角呈30°，钻孔深度为4000mm，第二排钻孔距离巷道顶板1000mm，与顶板夹角呈10°，钻孔深度为4000mm，两排钻孔间交叉布置，钻孔孔间距设计为1500mm，具体钻孔布置如图3所示。

4 总结

将沿空掘巷巷道布置在侧向应力的降低区，不仅可以降低巷道围岩的控制难度，而且还能起到排放瓦斯的作用，对巷道掘进后，在沿空掘巷道内每隔50m布置一组瓦斯含量取样测量钻孔，测得的瓦斯含量在4.3～5.8m3/t，均在规定的安全值以内。同时由于留设的煤柱宽度在6m，为了防止侧向采空区与沿空掘巷之间出现联通，产生瓦斯运移通道，在小煤柱侧采用喷浆并结合注浆方式，防止了瓦斯涌出，取得了良好的应用效果。

参考文献：

[1]李书文，王冕.新安煤矿沿空掘巷瓦斯治理技术研究[J].煤炭技术，2018，37（06）：182-184.

[2]葛领勋.高瓦斯煤层沿空掘进采空区瓦斯治理技术研究[J].煤炭与化工，2015，38（12）：122-123+126.

[3]胡焕良.沿空掘巷工作面瓦斯综合治理方法分析研究[J].山东煤炭科技，2014（07）：7-8.

[4]舒生.中岭矿中厚煤层沿空掘巷瓦斯防治技术的研究[A].中国煤炭学会煤矿安全专业委员会.中国煤炭学会煤矿安全专业委员会2009年学术研讨会交流论文（部分）[C].中国煤炭学会煤矿安全专业委员会：中国煤炭学会，2009：4.

[5]王多春，李志.高應力大倾角含水极松软围岩巷道综合控制机理及支护技术研究[J].煤矿开采，2007（04）：49-51.

作者简介：张家文（1970-），男，贵州黔西人，大专，工程师，副主任工程师，从事煤矿“一通三防”工作。