寺河矿综采工作面初采瓦斯不稳定涌出治理实践

郭恩超（晋煤集团寺河矿，山西 晋城 048200）

0 引言

寺河煤矿是晋煤集团一座特大型现代化矿井，属“九五”期间国家重点建设项目。矿井一期于1996年12月开工建设，2002年11月正式投产。2006年国家发改委以发改能源〔2006〕943号文核准寺河改扩建（二期）工程，批复在西井区布置一套独立的生产系统。2008年3月寺河煤矿改扩建（二期）工程正式开工建设（西井区），2013年1月改扩建（二期）工程建设项目竣工投产，形成了“一矿两井”（即东、西井区）格局。寺河煤矿区位于太行山脉南段西侧，沁水盆地南缘，现在开采3#煤层。

矿井综采工作面初采老顶前，顶板不稳定垮落，造成工作面瓦斯涌出不均衡，瓦斯超限频发，给工作面安全生产带来隐患，研究顶板垮落规律对减少瓦斯异常涌出，工作面安全生产具有重要意义。

1 概述

以6302工作面为例进行综采工作面初采期间瓦斯不稳定涌出规律研究，6302工作面为东六盘区6302大采高综采工作面，工作面开采3#煤层，一次采全高，煤层底板标高+310～+358m，地面标高+680～+820m。工作面东段倾斜长度为267.3m（净），走向长度为224.1m（净）；西段倾斜长度为311.7m（净），走向长度为682.1m（净）；工作面走向长度总共为906.2m（净）。煤层平均厚度为5.69m。6302工作面顶底板情况，见表1。

表1 煤层顶底板情况

工作面顶板分为伪顶、直接顶、老顶，底板为直接底；在正常初采过程中，随着工作面的推进伪顶、直接顶、老顶逐步垮落，在垮落的过程中，伴随着瓦斯不稳定的涌出，工作面风排瓦斯量急剧波动，煤顶垮落区域瓦斯涌出量上升，直接顶垮落区域瓦斯涌出量波动最大，工作面老顶完全来压后，工作面风排瓦斯量才逐步稳定在合理的区间（见表2，图1）。

表2 6302工作面推进度与瓦斯涌出关系

图1 6302工作面初采瓦斯数据

2 制定初采工作面瓦斯不稳定涌出措施

2.1 工作面顶板垮落数据分析

根据寺河矿综采工作面初采煤顶、直接顶、老顶垮落数据分析，寺河矿区域综采工作面倾向长度300m，走向长度1000～1500m。开采3#煤层厚度为6m左右，3#煤层自燃倾向性为Ⅲ类，属不易自燃煤层，煤尘无爆炸性。

分析数据得出工作面初采推进5～10m煤顶垮落，工作面推进16～25m直接顶垮落，工作面推进25～35m老顶垮落；工作面在直接顶垮落时，瓦斯涌出量最大，老顶垮落时工作面瓦斯涌出量趋于稳定，煤顶垮落时工作面瓦斯涌出量开始上升；参考河南理工大学编制《西井区采掘工作面合理通风方式研究》中综采工作面自然堆积区长度为15m。推进超过15m采空区进入岩层离层区（载荷影响区），顶板开始垮落。

2.2 工作面顶板控制措施

根据上面数据，工作面机头段进入直接顶垮落区域时，机尾段在煤顶垮落区域，机头段直接顶垮落，机尾段煤顶垮落，当机头段进入老顶垮落区域，机尾段在直接顶垮落区域，机头老顶垮落，机尾直接顶垮落，可以有效预防直接顶大面积垮落造成瓦斯异常涌出，这样使工作面瓦斯涌出量波动不会大，瓦斯涌出量在可控制范围，可以避免工作面瓦斯超限发生。

工作面机头超前机尾10～15m可以使工作面机头机尾分布在不同的顶板垮落区间，可以有效减少顶板大面积垮落。

工作面为大采高综采工作面，倾向长度300m。

2.3 试验案例

W3302综采（大采高）工作面，处于西井区+280水平，现开采煤层为3#煤层，一次采全高，工作面位于西三盘区东南部，南为矿界，东为W3301工作面（已采），西为W3303工作面（正掘），北为西三盘区盘区大巷（已掘）。煤层底板标高+394～+478m，工作面倾斜长度为296m（净），走向长度为901.03m（净）；煤层平均厚度为6.05m。顶底板情况与6302工作面类似。工作面安装173个支架，支架前后最大步距为0.8m，相邻支架间距为0.1m时，机头机尾差距为17m，按照目前综采设备可以采取这项措施。

以W3302工作面初采为例，采取措施机头推进与机尾推进度差10～15m左右，其它措施不变，相邻地点地质条件相差不大。W3302面机头机尾推进度差11m，如图2所示。W3302工作面初采瓦斯数据见表3，图3所示。W3302面与6302面数据对比见图4。

表3 W3302工作面推进度与瓦斯涌出关系

图2 W3302通风系统图

图3 6302工作面初采瓦斯数据

图4 6302面与W3302面初采瓦斯数据对比

2.4 通过瓦斯数据分析发现

通过数据分析W3302工作面和6302工作面初采瓦斯数据得出以下结论：

1）W3302工作面瓦斯涌出量波动幅度变小；W3302工作面总体瓦斯涌出量偏小；

2）工作面瓦斯浓度偏小，瓦斯浓度也没有明显大幅波动；

3）工作面初采瓦斯影响小，提高了生产效率。

3 结 论

通过控制综采工作面初采期间机头机尾推进距离，根据寺河矿顶底板地质条件情况，机头机尾推进差距控制在10-15米左右，煤顶、直接顶、老顶分区段逐步垮落，避免初采期间顶板大面积垮落，将采空区聚集的瓦斯瞬间挤出导致出现瓦斯超限的隐患，瓦斯治理效果明显，工作面瓦斯浓度减小，工作面风排瓦斯涌出量明显降低，初采期间瓦斯涌出量波动幅度大幅减小，大大提高了工作面初采期间的安全系数，保障工作面的安全生产。