高瓦斯易自燃煤层实施“110工法”难点与解决方案分析

2020-10-11赵良冯青林

经济技术协作信息 2020年28期

◎赵良冯青林

“110工法”是将中国科学院院士何满潮创立的“切顶短臂梁”理论应用在煤矿开采上，指回采1个工作面，只需掘进1条顺槽，保留0个煤柱，实现工作面间无煤柱开采。已在陕西、四川、黑龙江、山西、河南等省的500多家煤矿推广应用，有效解决了煤炭工业长期面临的“安全、资源回收和开采成本”三个突出问题。据不完全统计，现“110工法”暂无在高瓦斯和易自燃双灾害并存条件下实施的先例。

一、工作面概况

1.工作面位置及范围。

N1-1502工作面属于二水平北一采区，位于晓南矿工业广场西北部；采动影响范围内有一条季节性河流、一条高压线（隆南1#60KV）、三条通讯线路、积水Ⅴ区、积水Ⅵ区、积水II区及景荒地村、景荒地新址和刘荒地村部分住宅，其余为平坦耕地。N1-1502工作面位于北一采区西部。南以北一15层中巷保护煤柱为界与南翼采区相邻；北部与北二采区相邻；东部为N1-1503工作面（尚未开拓）；西与大兴井田相邻。工作面座标范围为：X：4694384 ～4695566；Y：41549506 ～41550105；Z：-572～-610。工作面走向长度1185m；倾斜长度210m；面积247122m2。

2.煤层情况。

N1-1502工作面所开采的煤层为下含煤段15-1#煤层。煤层倾向290°～310°，倾角3°～7°，平均为5°。煤种为气煤，光亮型，条带状结构，贝壳状断口，煤质较好。煤层厚度1.20m～2.03m，平均厚度1.5m。夹矸一至二层，为泥岩及炭质泥岩，厚度0.05m～0.15m。本工作面原煤工业指标采用相邻N1-1501工作面煤质化验结果：水份（Mt）8.7%，灰分（Ad）36.44%，挥发份（Vdaf）17.75% ，发热量（Qnet，ar）4245cal/g。

二、影响瓦斯治理因素分析

1.通风系统选择在瓦斯治理的影响。

晓南矿N1-1502刨煤工作面原设计为“U”形通风工作面，计划实施“110工法”后，补充掘进N1-1502入风改造道与N1-1502运输顺槽贯通，N1-1502工作面初期采用“两入一回”通风方式，后期调整为“一入两回”通风方式，同时，N1-1502入风改造道作为下一个工作面的轨道顺槽，N1-1502运输顺槽实施留巷作为下一个工作面的运输顺槽，开采下个工作面前施工回风顺槽形成工作面完整的通风系统，确保一个工作面具有三条顺槽，并每个工作面回采期间留巷一个顺槽，从而实现无煤柱开采。

2.利用抽采方法治理瓦斯。

针对顶板垮落步距长的问题，在N1-1502回风顺槽钻场施工低倾角度长钻孔和14层采空区导入孔。在N1-1502回风顺槽接设埋管抽采采空区内瓦斯。

三、防治采空区自然发火影响因素

1.粉煤灰灌浆灭火。

在地面中央砂井建设一套粉煤灰灌浆站，该系统是通过粉煤灰膏体制备系统利用粉煤灰、水、悬浮剂按照一定比例制作粉煤灰浆，通过地面至井下的灌浆管路注入工作面采空区。

在运输顺槽留巷段每隔10m在顶、底板埋入采空区1根4寸铁管，外漏管头保证压槽完好并封堵严实，防止向采空区入风。用于日常灌浆时接入灌浆系统，保证灌浆空白区域不得超过工作面50m。每次灌浆作业完成后对全系统管路进行冲洗防止堵塞管路。

2.注氮气防灭火。

地面制氮机制出氮气，氮气浓度不得低于97%，通过注氮立孔进入井下注氮管路，再通过采空区预埋注氮管进入回采工作面采空区。

四、新型喷涂材料防漏风

留巷段防漏风效果直接影响“110工法”工作面瓦斯防治和采空区自然发火防治工作。晓南矿N1-1502“110工法”刨煤工作面留巷采空区侧使用风筒布+挡矸网+喷涂KA-GK快速密闭喷涂材料的堵漏方式。

目前，锚喷技术已经成为了煤矿巷道支护的主要手段，喷射混凝土作为锚喷技术的一项重要组成部分，在施工过程中存在以下问题：

1.回弹量大，至少为15%～30%，浪费大量材料。

2.作业环境下粉尘浓度高，400mg/m3～3000mg/m3，远超国家标准（10mmg/m3），施工人员极易罹患矽肺等职业病。

3.施工随意性强，喷厚不均匀，喷浆层易产生微细裂缝或来压后喷浆层开裂、脱落，造成围岩风化。

晓南矿现选用KA-GK固克快速密闭喷涂材料，使用专用设备混合后形成混合浆液并发生化学反应，对风筒布+挡矸网进行喷涂，该材料喷涂固化后拉伸强度≥2MPa、拉断伸长率≥30%，附着力≥1.5MPa、韧性好，喷射到软岩或煤巷表面后，呈明显的塑性，能适应煤矿巷道各种形变，不妥落，不开裂。完全克服了水泥砂浆的缺点。有效的减少了采空区漏风，减少了粉尘飞扬，降低粉尘浓度，有效改善采掘工作面的作用环境，大大降低煤肺、尘肺等职业病的发病率，保护工人健康提高工作效率。