忻州窯礦災害綜合治理技術

李海龍

0 引言

礦井的五大自然災害（水、火、瓦斯、煤塵、頂板）是煤礦安全生產的頑癥，嚴重的制約了礦井安全，影響了煤礦的高效生產。國內外高度重視，就此進行一系列的課題研究，但每個科技成果的應用，都要進行再創新，研究適合本礦井災害的綜合治理技術，通過采用新技術、新材料、新工藝現場解決實際中存在的災害隱患[1]。同煤集團忻州窯礦有近百年的開采歷史，地質及現有開采條件復雜，多煤層開采，地表裂縫縱橫交錯，大面積采空區，孤島煤柱及采區壓力大，造成水、火、瓦斯、沖擊礦壓災害日漸突顯，嚴重的影響了忻州窯礦的安全生產。

1 災害分析

1.1 采空區積水

忻州窯礦井田內無常年地表水體，僅有季節性溝谷通過[2]。由于侏羅系煤層的大面積開采，在采空區上方形成眾多塌陷裂隙，含水層、隔水層均已遭到破壞。當煤層全部開采結束后，上下含水層成為一個整體，14-3#煤層賦存范圍內的上層采空區成為地下水匯集的一個天然“大水庫”。[3]現忻州窯礦有較大采空積水區5 處，共計積水量50 萬m3。忻州窯礦現主要開采14-3#煤層，因此采空區積水是忻州窯礦的災害之一。

1.2 自燃隱患

忻州窯礦煤層自然傾向性鑒定為易自燃煤層，自然發火期為57 d，煤層本身具有自然發火隱患，并且由于礦井多年開采，采空區面積不斷擴大，地表破壞比較嚴重，地表裂縫較多，地面有不同程度的塌陷區。今年礦井對地表進行裂縫調查，原有裂縫經過填充大多完好，局部有開裂，塌陷現象，但每年都會有新的地表裂縫產生，地表裂縫與井下采區及采空區形成漏風通道，是造成井下火災的重要原因。忻州窯礦通過相應治理，現無火區存在[4]。

1.3 采空區瓦斯

忻州窯礦歷年來瓦斯等級鑒定為高瓦斯礦井，但煤體內瓦斯賦存量并不大。由于礦井開采年限長，目前開采煤層上覆全部為采空區[5]。采空區內的瓦斯賦存量較大，采空區隨開采地應力的變化與生產區會形成裂隙，積聚的瓦斯由裂隙進入生產區，對生產區的瓦斯含量造成影響；綜采工作面為“兩硬”開采，從巖石破壞角度分析確定了冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶[6]。但在“兩硬”條件下的綜放工作面上覆巖層活動的“三帶”不明顯，導致綜采工作面回采采空區內的空間較大，大量瓦斯積聚在采空區內，綜采工作面向前推進時，隨頂板垮落綜采工作面瓦斯涌出量會異常增大；忻州窯礦903 盤區存在1 條寬約80 m 的地質破碎帶貫穿整個盤區，破碎帶裂隙內賦存大量瓦斯，在回采期間，此段區域內瓦斯含量異常增大。

1.4 沖擊礦壓

忻州窯礦現主采煤層為14-3#煤層，隨開采深度的不斷增加，沖擊礦壓災害越來越嚴重，近年來沖擊礦壓顯現增多。已經成為制約生產和安全的主要重大災害[7]。西二903 盤區由于存在1 條80 m 寬的破碎沖擊礦壓造成巷道變形、支護失效、斷面縮小等隱患，已成為威脅安全生產的災害之一。忻州窯礦在治理前能量大于等于105J 的沖擊礦壓每年平均發生5～6 次，通過采取大直徑卸壓孔、巷道底板的卸壓槽以及鄰面斷頂爆破等綜合治理措施實施，能量大于等于105J 的沖擊礦壓再未發生。

2 災害綜合治理技術

2.1 地表裂隙調查及回填

忻州窯礦在每年的雨季來臨之前，季節交替及日常檢查中，都要對地表的裂隙進行檢查，發現裂隙及塌陷區域，要及時進行回填。具體作用如下：

（1）由于煤礦多年來的開采，采空區面積不斷擴大，地表破壞比較嚴重，地表裂縫較多，地面有不同程度的塌陷區，因此地表水成為井田的地下水的又一補給來源，地面裂隙和塌陷區的回填，能夠防止地表水的補給；

（2）地表裂隙和塌陷區的形成，使地面與井下形成漏風通道，增加了礦井的外部漏風率，地面裂隙和塌陷區的回填能夠減少礦井的外部漏風，提高礦井風量的有效利用率；

（3）地表裂隙和塌陷區與井下采空區存在漏風通道，給采空區內補給氧氣，造成采空區內煤炭自燃，回填能夠減少由礦井漏風引起的礦井火災。

2.2 沖擊礦壓探測和監測監控

忻州窯礦采用微震法、礦壓觀測法、電磁輻射法、鉆屑法和綜合指數法多種監測、檢測手段相結合進行沖擊礦壓的預測預報。具體作用如下:

（1）對微震及礦壓監測數據進行分析，若判斷作業點有沖擊危險時要及時通知調度室和生產隊組進行防治，防止出現人員威脅；

（2）防止發生沖擊礦壓的巷道或者工作面巷道變形后，巷道斷面縮小，風量變化引起瓦斯事故；

（3）防止沖擊礦壓使采空區出現漏風通道，使采空區內的瓦斯會下泄，導致瓦斯事故的發生；

（4）沖擊礦壓導致采空區漏風，采空區內氧氣的補給，造成采空區內自燃；

（5）能夠防止因沖擊礦壓引起破壞通風設施，導致通風系統失效，引起礦井通風事故的發生。

2.3 地面灌漿系統

忻州窯礦在每個盤區對應的地面都設有地面集中灌漿孔，通過井下的集中灌漿管路，每年春季開始向井下采空區及有自然發火隱患的采空區灌注黃泥漿。具體作用如下：

（1）消除了采空區的自然發火隱患的隱患，灌注黃泥漿，一是黃泥漿覆蓋在煤炭表面，減少了煤與氧氣的接觸面積，二是能夠消除井下采空區內的高溫點，杜絕礦井自然發火隱患。

（2）能夠回填井下采空區，通過灌注黃泥漿，黃泥漿沉淀積累在采空區內，使井下的采空區能夠部分回填，減少了地表裂縫和地表塌陷。

2.4 小窯廢舊井筒改造風井

忻州窯礦903 盤區在風量緊張的情況下，利用原劉官莊廢舊斜井進行改造，增加劉官莊風井，使礦井各盤區實現獨立通風的通風系統。具體作用如下：

（1）使忻州窯礦各盤區均實現了分盤區的獨立通風系統，保證了各盤區的系統穩定；

（2）增加盤區風量，能夠稀釋礦井瓦斯，保證了礦井的安全生產；

（3）保證了礦井的通風能力，能夠為隊組的采掘接替提供足夠的風量保障，從而使采掘接替正常。

2.5 破碎帶永固S 材料充填

忻州窯礦903 盤區存在斷層破碎帶，在破碎帶區域內向煤體內施工鉆孔，向煤體內灌注永固S 材料。具體作用如下：

（1）能夠加強掘進巷道的支護，杜絕巷道應破碎帶出現支護事故；

（2）使破碎帶區域內的煤巖體膠結成受力整體，保證了回采機組過此段區域內支架的順利推進；

（3）材料能滲入煤體裂隙及煤體孔隙中，提前將瓦斯置換出煤體，以減少回采時的瓦斯涌出量。

2.6 煤體注水

忻州窯礦每個回采工作面均施工有煤體注水孔，并在回采工作面開采1 個月以前注水，煤體注水解決了降塵、減少沖擊礦壓和置換煤體內瓦斯的礦井災害。具體作用如下：

（1）使煤體完全濕潤，在回采時能夠降低工作面的煤塵，從源頭上降低煤塵濃度；

（2）煤層注水后總含水率不得小于4%，必要時進行底板注水以降低煤層的沖擊礦壓危險程度；

（3）水進入煤體裂隙和孔隙中，置換出煤體內的瓦斯，降低了回采工作面的瓦斯涌出量。

2.7 回采工作面五巷布置

忻州窯礦903 盤區回采工作面為“兩硬”開采，煤體硬、頂板硬，903 盤區綜采工作面采用五巷布置，五巷布置通風系統為“三進兩回”（Ⅱ+U+Ⅰ）。即沿煤層底板布置兩條順槽巷作為皮帶進風巷和運料回風巷，沿煤層頂板布置兩條中間預爆破工藝巷為進風巷。具體作用如下：

（1）五巷布置能夠增加工作面的風量，稀釋綜采工作面的瓦斯濃度；

（2）頂回風巷的設置，使上隅角的風向流向頂回風巷，徹底解決了上隅角瓦斯超限問題；

（3）兩條中間工藝巷，解決了回采時“兩硬”引起的放頂問題，提高了回采時煤炭的回收率。

2.8 均壓開采

忻州窯礦305 盤區為11#和14#層煤為近距離開采，由于受沖擊礦壓等諸多因素的影響，造成巷道煤柱壓裂、頂板離層、地表下陷、密閉嚴重壓損，致使采空區與地表、相鄰采空區、煤層與煤層間均存在漏風通道，礦井在開采此盤區時均采用均壓防滅火技術。具體作用如下：

（1）均壓防滅火技術的應用，能夠防止由于漏風導致的采空區內煤體自燃隱患的發生；

（2）均壓防滅火技術可以防止上層采空區的有害氣體下泄到回采工作面，發生有害氣體中毒事故。

3 結語

通過對各種災害做出分析并實施相應措施。多年來礦井從未發生過水、火、瓦斯、沖擊礦壓事故，保證了礦井的安全生產。

[1]郭建偉，劉慶鋒，路金萍.近距離保護層綜采工作面瓦斯來源分析[J].中州煤炭，2007（5）:77-78+83.

[2]陳愛和.采煤工作面瓦斯來源分析與綜合治理[J].煤礦開采，1998.（3）:55-57.

[3]鄒吉社.復雜條件礦井災害綜合治理技術[J].中國煤炭科技，2012.（3）：214-215.

[4]劉鏡松，鄭德彬.地質災害綜合治理技術[J].科技信息，2002（2）:35-37.

[5]孟凡龍.“兩硬”綜放工作面綜合防滅火技術[J].煤炭工程，2007（10）:58-60.

[6]宋文忠.分層綜采工作面的綜合防滅火技術[J].煤礦安全，2002（2）:20-22.

[7]竇林名，何學秋.煤礦沖擊礦壓分級預測研究[J].中國礦業大學學報，2007（6）：717-722.