厚煤层沿空留巷变形漏风机制及多元协同防治技术

作     者：陈亮 程志恒 王宏冰 罗欣 徐振炜 董艳军 李文臣 王朋 于宏阳 

作者机构：华北科技学院矿山安全学院 北京科技大学土木与资源工程学院 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院 山西晋城沁城煤业有限责任公司 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金(52204133) 国家自然科学青年基金(5210042421) 中央高校A类科技基金项目(3142023006) 

主　　题：沿空留巷 采空区瓦斯 墙体变形 单元法 定向钻孔 切顶卸压 喷涂堵漏 

摘      要：为了解决厚煤层沿空留巷墙体变形机理及采空区漏风流场不清、瓦斯防治效果不佳的问题，以山西沁城煤矿20107工作面为工程背景，采用力学建模、理论分析研究了沿空留巷顶板断裂位置对应力集中及传播路径的控制作用，并指出断裂线位于留巷外侧时，可有效转移支撑应力并卸压，并提出了分段压裂切顶关键位置的计算方法。采用单元法实测，从采空区漏风量分布及留巷漏风通道两方面，揭示了沿空留巷采空区漏风流场及瓦斯浓度分布规律，进而提出了沿空留巷采空区瓦斯多元防治技术，即采用定向钻孔分段压裂切顶卸压-强化瓦斯抽采超前协同共治为主，弱化转移顶板来压避免墙体变形产生裂隙漏风的同时提高采空区瓦斯抽采效率；采用硅酸盐复合材料对已有墙体裂隙发育区（顶板交界处、插管外壁周围）进行喷涂堵漏，封堵留巷漏风通道；辅以留巷插管参数优化及控风降压，进一步减小采空区漏风及瓦斯涌出，并通过现场考察验证。研究结果表明：①20107采空区漏风以胶带巷进风流正压漏入为主、回风侧以高浓瓦斯漏入沿空留巷为主，工作面倾向0～36m区段正压漏风量332.84m3/min，占比61.17%；留巷走向54～108m区段留巷漏入风量408.45m3/min，占比87.09%；②优化后，裂隙带定向钻孔（压裂孔+抽采孔）平均瓦斯抽采纯量为7.46m3/min，压裂切顶后留巷墙体变形、裂隙控制大幅改善，沿空留巷平均瓦斯浓度由原0.59%逐渐降至0.34%，实现工作面高效达产。