时创新
淮南矿业集团潘三矿 安徽 淮南232096
摘要：高瓦斯综采工作面初次放顶期间，老顶受双向支撑影响，大面积悬顶未垮落，工作面采空区积存大量瓦斯，此时抽采工程无法充分发挥作用，基本靠风排解决瓦斯问题。当老顶初次来压时，采空区瓦斯短期内被大量挤出，极易造成瓦斯超限事故。潘三矿1642(1)综采工作面属深部区域关键保护层开采，煤体可解吸瓦斯含量高，为防止工作面初放期间发生瓦斯超限事故，在该面通过旋转回采的方式分段垮落老顶，配以立体综合抽采技术等措施，彻底解决了初采期间的瓦斯和顶板问题。
关键字：初次放顶；旋转回采；分段垮落；瓦斯治理；高位钻场
1 工作面概况
1.1工作面瓦斯基本参数
1642(1)是上覆13-1煤层的下保护层工作面，两煤层间距72～76m，11-2煤层瓦斯含量5.8m3/t，瓦斯压力0.37Mpa，其被保护层13-1煤瓦斯含量5.6m3/t，瓦斯压力0.82Mpa。
初次放顶期间，工作面平均绝对瓦斯涌出量8.40m3/min，最大绝对瓦斯涌出量15.60m3/min，瓦斯涌出不均衡系数1.86。
正常回采期间，工作面平均绝对瓦斯涌出量21.95m3/min，最大绝对瓦斯涌出量29.86m3/min，瓦斯涌出不均衡系数1.36。
1.2工作面初次放顶期间瓦斯来源分析
初次放顶期间，由于老顶尚未垮落，在垂直方向上受采动影响的范围不大，裂隙带范围小，还没有形成邻近层瓦斯向采空区流动的通道；因此瓦斯来源比较简单，主要为11-2本煤层及直接顶范围内的煤线瓦斯。
2 工作面初次放顶期间的瓦斯治理技术
利用旋转回采工艺，通过控制悬顶面积减少采空区瓦斯积存空间，通过控制悬顶位置使老塘埋管和顶板走向孔提前发挥作用，减少积存空间内的瓦斯浓度。
1.1 工作面初次放顶期间回采工艺
鉴于工作面直接顶和老顶均以泥岩为主，且运顺往上70m范围内发育有FZ断层组，综合考虑后，放弃了“甩采轨道顺槽(机尾)和采前深孔爆破欲裂顶板”方案，制定了“优先甩采运输顺槽(机头)”的方案，采取以机尾为圆心的旋转回采方式，具体为机头每进3刀，机尾进1刀，逐步控制老塘顶板从机头向机尾方向逐步冒落，达到老顶分段分次垮落目的。
1.2 工作面初次放顶期间瓦斯治理方法
初次放顶期间，以风排瓦斯为主，辅以高位钻场顶板走向孔、穿13-1煤钻孔及老塘埋管的立体综合抽采措施。
1.2.1 工作面配风量
工作面采用U型通风，初次放顶期间，在调整风机叶片角度的基础上，实行增阻调节；以工作面风速不超限为原则，将工作面风量配至2500m3/min；加上轨顺高位钻场的局扇供风量，轨顺第一汇风点回风量在3000m3/min以上。
1.2.2 高位钻场顶板孔
工作面轨顺距离切眼60m的位置施工一个高位钻场(1#高位钻场)，钻场位于11-2煤层顶板5m；钻场内设计28个顶板走向孔，分三排布置；最上一排孔(6个)拦截13-1煤瓦斯涌往1642(1)回采空间，中间一排孔(11个)控制11-2煤顶板15～18m，最下一排孔(11个)控制11-2煤顶板10～12m，平面控制到轨顺往下100m范围；通过降低下部两排钻孔距离煤层高度，提前将钻孔与采空区沟通，形成抽采规模，减少悬顶区的瓦斯浓度。
1.2.3 老塘埋管
回采前，在轨道顺槽沿切眼往下预埋4根22.5m长的花管(D325mm)，靠切眼非回采侧布置，与轨顺管路连接抽采悬顶区瓦斯；回采期间在工作面延接一路D159mm抽采软管，固定于工作面电缆槽侧面的联杆上，对架后瓦斯涌出异常的区域进行架间插管抽采，不断减少悬顶区的瓦斯浓度；采用1寸花管插入，插管时由采煤队配合打开侧护板，形成插管空间。
3 初次放顶期间瓦斯治理效果考察及分析
工作面从2013年9月6日始采，2013年9月10日在靠近运输顺槽(机头)位置出现第一次老顶局部断裂垮落(24.3m)，随后老顶开始由机头向机尾垮落。通过对抽采效果、瓦斯浓度变化及支架、两巷压力变化的考察，验证了旋转回采取得的效果及初次来压步距24.5m(24.3m～24.7m)。
1.1 抽采效果考察及分析
1642(1)轨道顺槽1#高位钻场钻孔距离运顺最近135m，当轨顺退尺17.1m、运顺退尺35m时(含切眼7.5m)，距离运顺最近的钻孔开始发挥抽采效果，钻场抽采量得到提升，此时钻孔对应位置退尺24.7m。钻场发挥抽采作用后,抽采瓦斯纯量平均7.5m3/min。抽采数据统计及在线监测见图1。
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图1 1642(1)轨顺1#高位钻场抽采纯量和浓度在线监测图
1.2 上隅角、工作面及回风流瓦斯浓度统计及数据分析
统计从2013年9月6日始采至2013年9月11日老顶开始垮落期间及老顶垮落后上隅角、工作面及回风流瓦斯浓度的变化，并分析得出“分段分次垮落顶板减少了采空区悬顶空间，使得采空区瓦斯被风流均匀的带走，避免了大面积悬顶突然垮落造成瓦斯超限”。
(注：曲线的直线峰值为试断电所致)
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图2 回风流瓦斯浓度T2曲线
通过图中瓦斯变化趋势可以看出，1642(1)工作面初次放顶期间，瓦斯变化处于平稳状态，其瓦斯不均衡系数为1.86倍，略高于正常回采的1.36倍，充分表明旋转回采分段分次垮落顶板有效的防止了瓦斯的异常涌出。
1.3 初次来压步距分析
通过钻场抽采数据的变化,当工作面老顶双向支撑梁达24.3m～24.7m时初次来压,裂隙带形成,抽采效果提升,再辅以对采面支架和两巷的压力变化考察,最终确定本工作面初次来压步距为24.3m～24.7m,平均24.5m。
4 结论
4.1通过对1642(1)高瓦斯综采工作面采取旋转回采技术，实现了初采期间顶板分段、分次、不均匀垮落，增加了瓦斯抽采量，消除了采空区大面积悬顶带来的瓦斯超限安全隐患，杜绝了瓦斯超限事故和对支架的冲击。发挥了瓦斯综合治理工程的效益和效率，解决了“初采瓦斯治理难”的问题。为杜绝采煤工作面初采时瓦斯超限探索了一条有效途径。
4.2 工作面初次来压步距仅24.5m，较原考察数据35m减少10.5m，分析原因为本工作面直接顶和老顶均以泥岩为主，梁体承载能力弱，易断裂；西三采区11-2煤回采面初次来压步距建议参考24.5m。
4.3 在工作面条件允许的情况下，为提高抽采效果，建议由轨道顺槽采用深孔爆破提前欲裂顶板，并从轨道顺槽(机尾)甩采，尽早形成抽采空间，最大化减少悬顶区的瓦斯浓度。