特厚煤層下分層綜放開采災害預防措施

李瑞群，陳蘇社

(神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 神木 719315)

0 引言

大柳塔煤礦活雞兔井1-2煤復合區煤層總厚度為9.63～10.35 m，平均厚度為10.0 m，煤層傾角1°～3°，埋深為76～106 m，煤層普氏系數約為3，且節理裂隙不發育、煤層韌性較好，煤層為易自燃煤層。該盤區上分層兩翼共9個綜采面已經進行了回采，回采煤厚為4 m，為了更加安全高效地開采下分層，提高煤炭資源回采率，創新了開采工藝，對下分層6 m厚的煤層采用綜放的開采方法，綜放面割煤高度為3.7 m，剩余的煤厚放頂回收。在開采過程中，下分層與上分層采空區之間只有1.5～3.2 m的煤厚作為頂板。存在發生頂板災害、水災和采空區自然發火災害的安全隱患，針對這3種隱患，采取了針對性的災害預防技術，有效地預防了災害的發生，保證了下分層綜放工作面的安全回采。

現以大柳塔煤礦活雞兔井1-2煤復合區首采面12下202綜放工作面為例，對3種可能發生的災害的預防技術進行介紹。

1 12下202綜放面開采條件及災害辨識

1.1 12下202綜放工作面開采條件

12下202綜放工作面推進長度1 124.5 m，工作面長249.8 m，埋藏深度54～98 m，平均埋深74 m；1-2煤層總厚度約為10 m，上分層12上202綜采工作面已于2005年之前全部采完，采高4 m，因此該工作面上覆為12上202綜采工作面采空區。下分層6 m厚度采用綜放開采工藝，綜放面割煤高度為3.7 m，剩余的煤厚放頂回收，活雞兔井12下202綜放工作面巷道布置示意圖如圖1所示。

圖1 活雞兔井12下202綜放工作面巷道布置示意圖

1.2 可能發生的災害辨識

根據12下202綜放工作面布置示意圖可以看出，工作面的回撤通道、回撤輔巷和切眼均在實體煤下，上分層為回采過的采空區，層間距只有1.5～3.2 m，回采過程中一旦層間距的頂煤冒落，可能形成冒頂事故[1]。同時由于上分層綜采工作面開采后采空區存在低洼點，在開采過程中如果泄放水不及時，可能造成水災事故。該區域煤層為易自燃煤層，煤層自然發火期只有30 d，如果控制不到位，在開采過程中極易發生采空區自然發火，造成火災事故。因此12下202綜放工作面在開采過程中存在發生頂板災害、水災和采空區自然發火災害3個方面的重大隱患。

2 頂板災害預防技術

根據以上對12下202綜放工作面可能發生災害的分析，下分層綜放工作面與上分層的層間距只有1.47～3.14 m，在回采過程中一旦與上分層采空區割透，很可能發生冒頂，如果不能及時處理會造成頂板冒頂進一步擴大形成頂板事故，發生頂板冒漏情況示意圖如圖2所示。

圖2 活雞兔井12下202面頂板漏冒期間頂板結構示意圖

為了避免頂板災害事故的發生，當工作面在上分層采空區下回采時，采取以下技術措施預防災害[2-3]。①工作面必須沿底板回采，盡可能保證工作面頂板具有一定厚度的實體煤層間距，工作面底板起伏采取適當割底措施，保證工作面底板的平整度；②工作面采高控制在3.6～3.8 m范圍內，保證立柱的行程，避免壓力大時支架活柱下縮采高低采煤機無法通過；若遇煤厚較小時，采高最低不得低于3.2 m；③工作面支架必須執行“跟機、邁步、擦頂”的移架方式，移架不得滯后煤機前滾筒(頂刀)3架；④支架接頂良好，初撐力足夠，每臺支架初撐力必須達到規定值252 bar；⑤兩端頭過渡架、排頭架必須超前拉出；⑥工作面頂煤厚度采取掛牌管理，每隔5架掛一個牌板，每天早班每隔5架用錨索機打眼探一次頂煤，將采高、實體頂煤和虛體頂煤厚度標在牌板上，采煤機司機割煤時參照留設頂煤，避免割透漏頂；⑦過聯巷的U型金屬棚嚴禁提前回收，隨工作面的推進逐架回收；⑧如果煤厚變小，按最低采高割煤還無法留設實體頂煤時，采取適當臥底的辦法留設200～300 mm厚的實體層間距，保證順利回采。

通過以上措施，有效避免了斷面冒漏的發生。如果出現控制不到位的情況，發生漏頂，可采取降低煤機割煤高度、向下臥底、緊跟前滾筒拉架、拉超前架封堵漏冒口等措施進行處理。

3 水災和采空區自然發火預防技術

3.1 水災預防技術

12下202綜放面防治水災的主要水源為上分層12上202綜采采空區和12上204綜采采空區低凹區積水。巷道掘進期間嚴格執行“先探后掘”措施[4-5]，采用西安煤科院研制的ZDY1200L型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機，整體外形尺寸2540mm×1220mm×1620mm(長×寬×高)，回順掘錨機單巷施工時，每隔一定距離在負幫開掘鉆機窩存放鉆機。巷道掘進期間累計施工疏放水孔262個，實際累計泄水量92000m3；疏放水效果較為明顯，實現了安全順利掘進。工作面圈成后對上覆采空區低洼區域進一步補鉆疏放水，累計補孔21個，累計泄水量不到50m3，最終實現了安全順利回采。

為了預防水災的發生，12下202綜放工作面主要采取了以下水災預防技術措施：①12下202工作面首先掘進12下202運順，掘進時鉆探分為2部分，其中探測上分層聯巷鉆孔設計為：每過上分層順槽聯巷5m向下一個上分層順槽聯巷施工2個泄放水鉆孔，一個終孔位置為上分層聯巷幫中部，另一個終孔位置為聯巷底板(穿透底板)；泄放老空水鉆孔：每隔50m向上分層正幫底板施工一個80m泄放水鉆孔，保證30m安全距離，遇到低凹積水處和水量較大點時根據實際情況及時增加泄放水鉆孔，待積水泄完后再繼續向前掘進。12下202運順泄放水鉆孔布置平面示意圖如圖3所示；②在水量特別大的區域，為了加快泄水速度，采取群孔對泵直排高效泄水技術；③在施工泄水孔之前，對下分層新掘的巷道頂底板高程進行實測，并結合上分層巷道底板實測高程，對泄水孔參數進一步核實和微調，提高泄水孔的精度；④下分層順槽的聯巷或調車硐室必須與上分層聯巷錯開施工，并且錯距要大于10m以上，個別受條件限制時也不得小于5m；⑤在12下202工作面區域施工4個水倉，在12下202回撤通道兩頭附近低凹區域選擇合適位置各施工1個，在12下202運順和回順中部低凹區域選擇合適位置各施工1個，每個水倉倉容約100m3，每個水倉竣工后要及時安裝排水系統；⑥排水系統保證完好可靠且能力足夠，確保工作面涌水時能隨時開啟排水。

圖3 12下202運順泄放水鉆孔布置平面示意圖

3.2 采空區自然發火預防技術

活雞兔井12下202綜采工作面在回采過程中，為減少工作面向采空區漏風，杜絕采空區遺煤發生氧化自燃，采取了以下預防技術措施[6-7]。①加強工作面地表巡查與回填，采用機械回填與人工回填相結合的方式對地表裂隙進行回填，對二次裂隙及時組織村民進行二次回填，減少工作面漏風通道，圖4為工作面地表回填前后對照圖；②為了觀測采空區氣體，在202切眼地表裂隙處埋入1吋鋼管設置氣體觀測點，及時觀測采空區氣體情況，掌握工作面采空區內浮煤氧化程度。12下202采空區氣體地表采氣化驗表見表1；③加強12下204回順聯巷一般防火密閉施工質量，采用0.5m紅磚墻+1.0m黃土+0.5m紅磚墻+1.0m砼閉的封閉方式，并加強密閉施工監理，施工完畢后對每個聯巷進行噴漿處理，杜絕聯巷漏風；④回采時要盡可能降低工作面進風端風壓，減少向采空區漏風，縮短工作面采空區“三帶”長度，由于活井為壓入式通風，故將工作面控風設施施工在進風巷12下202運順，同時在進風巷12下204回順施工行車風門，并且合理配風，工作面配風量為1562m3/min；⑤綜放開采盡量多放頂煤，多回收煤炭資源，減少采空區自然發火的物質基礎；⑥每個打透采空區的探放水孔及時全部安裝U型返水管，確保采空區不漏風；⑦加強束管監測和人工檢測管理工作，發現問題及時采取措施；⑧工作面回采期間每日對工作面巖粉撒布情況進行檢查，確保工作面按要求撒布巖粉，增加采空區遺煤灰分，降低采空區遺煤氧化自燃的可能性；⑨回采前提前完善注漿系統，工作面回采后通過12下204回順聯巷一般防火密閉預留措施孔對12下202采空區進行注漿，在第17#聯巷、第14#聯巷注漿共計10650m3；⑩加快推進速度，實現“快掘、快采、快撤、快閉”，以快治火，該面原計劃回采5.0個月，加快推進速度后，實際回采3.4個月，比計劃提前1.6個月采完。通過以上措施的采取，杜絕了火災事故的發生。

a-12下202工作面地表回填前；b-12下202工作面地表回填后圖4 工作面地表回填前后對照圖

表1 12下202采空區氣體地表采氣化驗表

4 結語

針對特厚硬煤下分層綜放工作面存在的頂板災害、水災和采空區自然發火災害3個方面的安全隱患，分別采取了具有針對性的災害預防措施，有效避免了災害的發生。