綜采工作面采空區安全管理措施研究

李雙建

（西山煤電集團馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 工作面概述

西山煤電集團馬蘭礦28305工作面位于北三盤區下組煤采區右翼，工作面走向長度為1300m，傾向長度為178m。工作面以東為右翼軌道巷、皮帶巷及回風巷，以南及以西為實煤區，以北為28304工作面。工作面回采煤層為石炭系太原組8#煤層，煤層平均厚度為4.0m，工作面采用綜合機械化后退式采煤法，全部垮落法處理采空區，回采煤層厚度為3.5m，截至目前工作面已回采350m。

28305工作面回采期間采用“U”型通風系統，根據28305工作面煤層柱狀圖顯示，工作面直接頂主要為炭質泥巖，平均厚度為4.9m，該巖石層內夾雜一層2#煤層，平均厚度為0.6m，隨著頂板的垮落，該煤層遺留在采空區內，對采空區安全管理存在一定安全隱患。基本頂主要以砂質泥巖為主，平均厚度為5.6m，裂隙發育。根據2016年11月國家安全生產礦用安全儀器檢測檢驗中心對馬蘭礦煤樣化驗知：8#煤揮發分17.88%，自燃傾向性等級為Ⅱ類，為自燃煤層，自然發火期為4個月，具有爆炸性，而且煤塵揮發性高。

2 28305工作面采空區安全管理現狀及問題分析

2.1 采空區安全管理現狀

（1）采空區瓦斯抽采措施。28305工作面回采期間對采空區主要采用埋管進行預抽瓦斯，即在工作面上隅角處埋設抽放管路，將管路與采區臨時瓦斯抽放泵站進行連接，隨著工作面推移，前一根預抽管甩入采空區內并接入新的預抽管，直至工作面回采結束。

（2）采空區防滅火措施。28305工作面初步設計中采空區采用注水法進行防滅火，即在工作面回風、運輸順槽幫安裝靜壓水管，隨著工作面推移水管埋入采空區內并定期對采空區進行注水。

（3）上隅角瓦斯治理措施。28305工作面回采期間上隅角瓦斯主要通過風壓作用，利用自然風流對上隅角瓦斯進行排除。

2.2 存在問題分析

（1）由于工作面回采煤層厚度為3.5m，留底煤平均厚度為0.5m，同時工作面直接頂含有厚度為0.6m煤層，回采后采空區內遺留浮煤較多，致使工作面上隅角經常出現瓦斯集聚、超限現象。在工作面前期回采期間經測定上隅角平均瓦斯濃度為0.92%，工作面回采至210m處過F7斷層期間，最大瓦斯濃度為1.3%，而采用傳統“U”型通風系統時，上隅角很容易產生渦旋風流，不利于上隅角瓦斯排放，瓦斯治理難度大。

（2）由于8#煤層具有自燃傾向性，傳統的“U”型通風時采空區漏風量大，采空區內浮煤易自燃，采用單一的注水法進行采空區防滅火，不僅效果差且造成工作面回采期間積水量大，不利于工作面機械設備安全管理。通過安裝在采空區內束管監測系統監測發現，工作面回采至280m處采空區內CO濃度為0.0025%，工作面回采至310m處時采空區內CO濃度上升至0.0053%，且隨著工作面推進，采空區內CO濃度成上升趨勢。

（3）初步設計中采空區采用埋管法進行瓦斯預抽，而隨著工作面的推移，預抽管路隨之延長，采空區頂板垮落后經常出現預抽管路砸壞、堵塞現象，而且28305工作面頂板穩定性差，裂隙發育，裂隙帶富含高濃度瓦斯，采用單一埋管法進行采空區瓦斯預抽時，抽放效率低僅為12%，抽放效果差。

3 加強采空區安全管理措施研究

為了進一步加強采空區安全管理，馬蘭礦決定對28305工作面采空區采取分段埋管瓦斯預抽、安裝“Z”型導向風障、布置高位瓦斯抽放鉆孔、采空區注氮、噴灑阻化劑等方法進行采空區、上隅角瓦斯治理及采空區火災防治。

3.1 采空區及上隅角瓦斯治理

（1）采空區分段埋管瓦斯預抽。在28305回風順槽外圍施工一條預抽瓦斯巷，兩巷間距為30m，巷道每隔50m在兩巷之間施工一條橫貫，并在橫貫內安裝瓦斯抽放管路，每一個橫貫內抽放管路與瓦斯巷內主管路連接，主管路與采區臨時瓦斯抽放泵站連接；當橫貫甩入采空區后對接抽放管路，進行采空區瓦斯預抽；工作面回采結束后及時調整風流，將瓦斯抽放巷作為下一個工作面回風巷。

（2）頂板裂隙帶高位鉆孔瓦斯抽放。①高位鉆孔施工鉆場布置在回風順槽內位于工作面煤壁側，鉆場間距為80m，每個鉆場布置三個高位鉆孔（1#、2#、3#），三個鉆孔成直線布置且布置在距頂板1.5m處，鉆孔深度為100m，鉆孔間距為1.0m。②三個鉆孔與回風順槽夾角分別為10°、20°、30°，與頂板夾角為5°，當工作面回采至距鉆場10m處時，鉆場停止裂隙帶瓦斯抽放，并進行下一個鉆場瓦斯抽放。如圖1所示。

（3）安裝“Z”型導向風障。為了降低采空區漏風，在工作面運輸順槽距機頭端頭支架20m處安裝“Z”型導向風障，風障長邊為20m，短邊長為2.0m，風障一端與端頭支架后立柱固定，另一端與非煤壁側巷幫固定，并預留人行通道。

（4）安裝“L”型柔性風道。為了加強上隅角通風，在工作面支架前探梁上吊掛一節“L”型柔性風道，風道長度為30m，Ф0.4m，利用自然通風引導部分風流至上隅角進行瓦斯排放，防止瓦斯積聚。

圖1 28305工作面 采空區安全管理措施施工平面示意圖

3.2 采空區綜合防滅火措施

（1）防滅火束管監測系統。在工作面迎頭正前向外沿回風巷保險幫鋪設三芯束管150m，束管吊掛高度1m，外套一寸保護鋼管，每50m布置一個采樣器三通；工作面正前迎頭1#支管上對接采樣器，工作面推至距2#采樣器三通8m時，在2#、3#束管對接采樣器，工作面推至束管采樣泵8m時續接三芯束管150m，以此類推直至工作面回采完畢。

（2）噴灑阻化劑系統。在設備串車上安置阻化劑泵，采用移動式噴灑阻化劑泵，選擇防滅火硅膠為原料，與水的配比濃度為15%，每班向采空區噴灑阻化劑，防止采空區自然發火。

（3）注氮系統。28305工作面采用ZH-800-98型地面固定碳分子篩制氮機制氮，采用Ф108mm鋼管作為注氮管路并埋設在上隅角處，管路在采空區埋設長度不得低于50m，注氮時管路出口壓力不得低于0.6%，注氮量為420m3/h，氮氣濃度不得低于97%。

3.3 應用效果分析

（1）通過對采空區及上隅角采取聯合瓦斯治理措施后，有效降低了上隅角瓦斯濃度，提高了采空區瓦斯抽放效率，減少了上隅角瓦斯積聚現象，在后期回采階段通過對上隅角及回風流中瓦斯濃度檢測發現，上隅角瓦斯濃度控制在0.4%以下，回風流中瓦斯濃度控制在0.7%以下，且采空區瓦斯抽放率達33%以上。

（2）28305工作面采空區采取綜合防滅火措施后，有效降低了采空區內CO濃度，通過束管監測系統監測發現，采取措施后采空區內CO濃度降低至0.0015%以下，阻止了采空區內煤塵自燃現象，與傳統注水法相比，防滅火效果好且減少工作面積水量。

4 結束語

西山煤電集團馬蘭礦通過技術研究，對28305工作面前期回采階段采空區安全管理現狀及主要存在的問題進行合理分析，并根據實際情況對采空區采取了有效的防滅火、防瓦斯綜合安全管理措施，實踐證明，采空區采取綜合措施后，提高了采空區瓦斯抽放率，降低了上隅角瓦斯濃度，避免了因采空區防滅火措施不到位發生煤塵自燃事故，保證了工作面回采安全，取得了顯著成效。