由设在淮南矿业集团的煤矿瓦斯治理国家工程研究中心联合有关煤矿企业、科研院所研发成功的低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术实现了基于锚杆支护的留巷围岩控制、无煤柱Y型通风煤与瓦斯共采。采用Y型或H型通风方式解决了U型通风工作面上隅角瓦斯积聚超限难题,实现了工作面回风流瓦斯浓度降至0.8%以下,为煤矿杜绝瓦斯爆炸事故创造了前提条件;利用采空区所留巷道,施工顶、底板穿层钻孔,采用留巷替代了抽采瓦斯专用岩巷,大大降低了瓦斯治理成本;留巷钻孔法连续高效抽采采空区和邻近层瓦斯,实现了连续抽采卸压瓦斯,瓦斯抽采率达70%以上,抽采出的高浓度瓦斯可直接利用,大大降低了瓦斯利用成本,为煤矿安全高效开采提供了科学可靠的技术途径。本项技术为国内外首创,具有完全自主知识产权,居于国际领先水平,实现了理论、技术的重大突破和工艺装备、材料的集成创新,实现了瓦斯抽采和利用的最大化。目前,已获得3项发明专利,12项实用新型专利, 9项专利已被受理,在淮南、皖北、铁法等矿区近20个工作面得到推广应用,并取得了显著的安全技术经济效益。
二、无煤柱煤与瓦斯共采技术原理
低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术,采用沿空留巷Y型通风一体化,解决高瓦斯、高地应力、高地温的煤层群进入深部开采面临的瓦斯治理、巷道支护、煤炭开采等重大安全生产技术难题,即:首采关键卸压层,沿首采面采空区边缘快速机械化构筑高强支撑墙体将回采巷道保留下来。在留巷内布置钻孔抽采邻近层及采空区卸压瓦斯;采用无煤柱连续开采,实现被保护层全面卸压;同步推进综采工作面采煤与卸压瓦斯抽采,实现了煤与瓦斯安全高效共采;抽采的高、低浓度瓦斯分开输送到地面加以利用,实现节能减排,经济、社会、环境效益显著。
图1 无煤柱沿空留巷钻孔法抽采瓦斯原理图(略)
三、无煤柱煤与瓦斯共采关键技术
(一)沿空留巷围岩结构稳定性控制技术
理论研究和工程实践表明,长壁工作面自开切眼向前推进一段距离后,悬露的基本顶关键块体出现断裂,断裂线相互贯通,块体沿断裂线回转、下沉进而形成结构块,接触矸石后形成能够自稳的沿空留巷外层结构,成为外层大结构。沿空留巷内层支护围岩小结构如果只由巷道周围锚杆支护、巷旁充填墙体构成,该结构将在外层大结构形成过程中受到强烈的破坏,有可能不能自稳,由此提出阶段性辅助加强的创新思路,形成巷道组合锚杆支护、巷旁充填墙体、巷内辅助加强支架“三位一体”的沿空留巷围岩整体支护原理和一套新型“三高”锚杆支护与自移式强力控顶支架辅助补强的留巷支护技术体系。