井工開采改露天復采煤礦老巷采空區(qū)的防治措施

江文平

（神華寧夏煤業(yè)集團汝箕溝無煙煤分公司，寧夏石嘴山753004）

井工開采改露天復采煤礦老巷采空區(qū)的防治措施

江文平

（神華寧夏煤業(yè)集團汝箕溝無煙煤分公司，寧夏石嘴山753004）

地下井采空區(qū)是制約露天復采的影響因素，采取可靠的探查方法，探索井工開采改露采復采老巷采空區(qū)防治標準作業(yè)流程，研究重大災害綜合防治措施，最大程度地減少由采空區(qū)、空巷等因素帶來的安全隱患，有效防止煤礦瓦斯事故發(fā)生，科學指導生產(chǎn)實踐。

露天采礦；地下空區(qū)；防治

0 引言

汝箕溝礦區(qū)自清朝道光年間就有小煤窯開采，目前總體規(guī)劃逐漸實現(xiàn)由井工礦向露天礦的轉(zhuǎn)變，已有汝箕溝煤礦、大峰露天煤礦羊齒采區(qū)、卡布梁煤礦由井工開采轉(zhuǎn)型為露天復采，剩余紅梁煤礦、白芨溝煤礦規(guī)劃也將改為露天復采，屆時全礦區(qū)實現(xiàn)露天開采。采用露天開采方式能夠解決長期困擾井工生產(chǎn)難以克服的水患、火區(qū)、瓦斯、小窯采空區(qū)等災害的威脅，礦山安全條件得到大幅改善，資源回收率大幅提高，符合國家“太西煤”稀缺資源的保護政策。由于井工開采過程留下的空巷、采空區(qū)范圍廣，封閉后長時間未進行處理，轉(zhuǎn)為露天復采后，隨著工作平盤的不斷延伸，空巷、采空區(qū)給露天生產(chǎn)帶來安全隱患，極易造成設(shè)備、人員墜落、有毒有害氣體中毒等事故。

1 問題的提出

1.1 空區(qū)特征

地下采空區(qū)的形狀一般都不規(guī)則，大小、高低均不一致，位置復合交錯，分布極為復雜，甚至幾層相互采透，而且常位于富礦區(qū)內(nèi)，煤柱稀少，且均未進行充填。

1.2 危害因素

1）對設(shè)備和人員的危害。當鉆機、電鏟、液壓挖掘機、卡車等設(shè)備處于采空區(qū)上部作業(yè)時，如果采空區(qū)上覆巖層突然垮塌，設(shè)備會傾覆或陷落于塌陷區(qū)，造成人員傷害、設(shè)備損壞等事故。

2）對其他作業(yè)人員的傷害。如果鉆孔或塌落處逸出有毒有害氣體，可能對作業(yè)人員造成人身傷害。

3）對爆破作業(yè)的危害。在裝藥過程中，采空區(qū)隱蔽火區(qū)高溫可導致已填充炸藥早爆，造成人員傷亡和設(shè)備損壞；在爆破過程中，采空區(qū)積聚的可燃氣體可能被引爆，使爆炸能量增大，造成人員傷害和設(shè)備損壞[1-4]。

4）透風引發(fā)火災的危害。空巷在未進行露天開采前是密閉的，露天開采后和外界空氣連通，可能引起隱蔽火區(qū)復燃、蔓延，進而引發(fā)采區(qū)內(nèi)火災；地下采空區(qū)域如果存在瓦斯，極有可能發(fā)生瓦斯爆炸事故，危及地面作業(yè)人員的人身安全，并可能誘發(fā)隱蔽井下火區(qū)。

2 防治的思路與方案

2.1 總體思路

利用地面物探方法進行探查，查明露天開采境界內(nèi)采空區(qū)、空巷分布情況，采取有效措施最大程度的減少由采空區(qū)、空巷等因素帶來的安全隱患，有效防止露天煤礦瓦斯事故發(fā)生。

2.2 采空區(qū)和空巷位置探測

2.2.1 已知采空區(qū)和空巷探測

1）對于井工開采的采空區(qū)和空巷，首先依據(jù)井上下對照圖、底板等高線圖以及物探探測結(jié)果進行分析研究，同時結(jié)合實際揭露不同煤層的頂、底板標志層等，標測采空區(qū)位置；然后采用輪廓線法圈定采空區(qū)和空巷區(qū)域，布置并施工探測鉆孔進行驗證，探測程序如下：①地質(zhì)部門下達采空區(qū)和空巷探測通知單，預計采空區(qū)和空巷埋深；②當作業(yè)至已知采空區(qū)原煤層頂板和空巷輪廓線法向距離20 m時，第1次施工穿層探測鉆孔進行預報，準確確定采空區(qū)和空巷至地表的垂直厚度（明確巖層和煤層的厚度），并利用探測鉆孔取采空區(qū)和空巷氣樣，分析氣體成分；③當剝離至已知采空區(qū)原煤層頂板和空巷輪廓線法向距離10 m位置時，第2次施工穿層探測鉆孔（根據(jù)單次爆破面積確定鉆孔間距及數(shù)量）進行采空區(qū)和空巷探測，采用輪廓線法圈定采空區(qū)和空巷的范圍，并利用探測鉆孔取采空區(qū)氣樣，分析氣體成分；④在爆破鉆孔距采空區(qū)、空巷安全巖柱的厚度不得小于2 m的前提下，第3次分析測定采空區(qū)和空巷的氣體成分，當瓦斯?jié)舛刃∮?%時，采取安全措施揭露采空區(qū)和空巷。當瓦斯?jié)舛却笥诨虻扔?%時，采取瓦斯防治措施。

2）對于空巷探測，巷道寬度取2～6 m，探測孔終孔間距取1.5 m。圖1中a表示的是傾斜鉆孔與地表垂直鉆孔的夾角；h表示的是地表到空巷的垂直探測距離，b表示的是傾斜探測鉆孔相對于垂直探測鉆孔的偏移距離。

圖1 空巷探測鉆孔布置示意圖

2.2.2 未知采空區(qū)和空巷探測

對于未知的采空區(qū)及空巷，首先采用地質(zhì)雷達進行全區(qū)或局部探測，最后對探測異常區(qū)進行鉆探驗證，探測鉆孔的布置采用輪廓線線法圈定采空區(qū)和空巷區(qū)域，探測程序如圖2所示。

圖2 未知采空區(qū)和空巷探測程序示意圖

1）地質(zhì)部門下達未知采空區(qū)及空巷探測通知單，采用地質(zhì)雷達進行探測；

2）施工探測鉆孔，對地質(zhì)雷達探測異常區(qū)進行鉆探驗證；

3）當作業(yè)至未知采空區(qū)原煤層頂板和空巷輪廓線法向距離30 m時，施工穿層探測鉆孔進行預報，準確確定采空區(qū)和空巷至地表的垂直厚度，并利用探測鉆孔取采空區(qū)和空巷氣樣，分析氣體成分；

4）當剝離至未知采空區(qū)原煤層頂板和空巷輪廓線法向距離20 m位置時，施工穿層探測鉆孔進行采空區(qū)和空巷探測，采用輪廓線法圈定采空區(qū)和空巷的范圍，并利用探測鉆孔取采空區(qū)氣樣，分析氣體成分；

5）在爆破鉆孔距采空區(qū)、空巷安全巖柱的厚度不得小于2 m的前提下，第3次分析測定采空區(qū)和空巷的氣體成分，當瓦斯?jié)舛刃∮?%時，采取安全措施揭露采空區(qū)和空巷。當瓦斯?jié)舛却笥诨虻扔?%時，采取瓦斯防治措施。

2.3 采空區(qū)和空巷氣體測量

為防止塌孔，探測鉆孔下鋼管套管，套管內(nèi)下放束管直至鉆孔底部。采氣時，根據(jù)束管長度、直徑初步計算束管內(nèi)部體積，根據(jù)采氣泵（便攜式）的能力大小，計算出需要抽排時間（束管內(nèi)部體積除以采氣泵能力），抽排達到要求后（束管內(nèi)的氣體排除完畢）開始采氣，采氣完畢后使用相關(guān)便攜裝置測試相關(guān)氣體成分及濃度。

1）存在火區(qū)的采空區(qū)和空巷區(qū)域，采用色譜分析儀測試相關(guān)氣體成分及濃度；

2）沒有火區(qū)影響的采空區(qū)和空巷，現(xiàn)場直接使用相關(guān)便攜裝置測試相關(guān)氣體成分及濃度。

2.4 采空區(qū)和空巷瓦斯防治

根據(jù)采空區(qū)和空巷的氣體分析結(jié)果，采取不同的瓦斯防治措施進行采空區(qū)和空巷瓦斯治理。

1）地面移動泵抽放。利用探測孔檢測采空區(qū)和空巷瓦斯和一氧化碳濃度，如果采空區(qū)和空巷沒有一氧化碳等標志性氣體，可采用地面移動泵站抽放瓦斯。

2）通風稀釋法。對于不存在火區(qū)的采空區(qū)和空巷，特別是空巷，由于為密閉區(qū)域，其存在大量的瓦斯，可采用局部通風的方法稀釋瓦斯；如果存在火區(qū)，必須首先滅火，再進行瓦斯治理。

3）自然排放。如果采空區(qū)和空巷埋藏深度較小，采用挖掘機比較容易剝離挖開的區(qū)域，可采用液壓挖掘機挖開采空區(qū)，利用自然壓差進行釋放。

3 防止瓦斯事故安全措施

1）在有采空區(qū)和空巷的工作面采剝作業(yè)前，下達帶有采空區(qū)和空巷位置的生產(chǎn)作業(yè)圖紙，將原有井下全部巷道及采空區(qū)的位置、范圍以及探查到新的采空區(qū)反映在露天采掘工程平面圖上，進行井上下嚴格對照，并在現(xiàn)場進行測量標定，確定出空巷的具體位置并設(shè)置警戒區(qū)。

2）處理采空區(qū)、空巷的指揮及監(jiān)護人員配備瓦斯和一氧化碳檢測儀，隨時監(jiān)測瓦斯和一氧化碳濃度變化。經(jīng)過檢測，采空區(qū)和空巷內(nèi)瓦斯（大于1%）及一氧化碳（大于0.002 4%）濃度超過規(guī)定要求的，必須進行瓦斯和一氧化碳釋放。

3）利用鉆機進行鉆探過程中，嚴禁使用干式排渣，必須使用濕式排渣方法，防止因摩擦生熱、起火而引起瓦斯爆炸事故。鉆孔過程中，當出現(xiàn)有氣體溢出、高溫孔（溫度大于等于50℃）或火孔時，應及時在孔口對其進行封堵。作業(yè)人員要戴好防護用品，以防止有毒有害氣體中毒。

4）采空區(qū)、空巷區(qū)爆破必須保證鉆孔不穿透煤層頂板，鉆通采空區(qū)的，必須回填炮孔，回填至煤層頂板4 m以上位置方可進行爆破作業(yè)。如果采空區(qū)、空巷區(qū)發(fā)現(xiàn)明火，必須圈定溫度異常區(qū)的具體位置并采取滅火措施。

5）各種設(shè)備由空巷頂板至地表垂直安全厚度規(guī)定如下，空巷厚度小于表1規(guī)定時，嚴禁設(shè)備作業(yè)與人員行走。采空區(qū)、空巷區(qū)頂板距地表厚度在2.0 m以下時，禁止一切人員進入該區(qū)，并做好標志。

表1 各種設(shè)備由空巷頂板至地表垂直安全厚度

6）采空區(qū)、空巷區(qū)爆破作業(yè)時，孔溫超過50℃的孔時，禁止裝藥爆破。爆破前，必須檢測瓦斯?jié)舛?，如瓦斯?jié)舛瘸迍t必須進行排放。嚴禁爆破作業(yè)。具體方法為：在該部位密集穿孔，進行瓦斯抽放，直到檢測瓦斯?jié)舛鹊陀诒舛群?，方可進行爆破作業(yè)。爆破施工必須對剝離臺階寬度和高度、炮孔布置參數(shù)、警戒距離、爆破規(guī)模等要明確規(guī)定，警戒距離應不小于500 m。

4 應急處置

露天采場在生產(chǎn)過程中發(fā)生瓦斯事故時，立即啟動瓦斯事故專項應急救援措施，及時控制災情，并保證在最短的時間內(nèi)搶救遇難、遇險人員或搶修機電設(shè)備，及時恢復各系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，最大限度地減少災害事故造成的損失。瓦斯爆燃應急處理流程如圖3所示。

5 結(jié)論

汝箕溝礦區(qū)災害嚴重的煤礦在井工開采改露天復采過程中，探索出老巷采空區(qū)防治標準作業(yè)流程，采取物探、鉆探等技術(shù)手段加強空區(qū)和瓦斯管控，安全可靠程度明顯增強，不僅為礦區(qū)安全高效發(fā)展建立了技術(shù)儲備，也為類似復雜地質(zhì)條件礦井提供了有力的技術(shù)支撐。

圖3 瓦斯爆燃應急處置流程

［1］劉記鵬，尚濤，趙俊，等.露天礦采空區(qū)分析處理［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2012（3）：103-105.

［2］蔡光琪，韓進，段力士.激光掃描儀在平朔東露天礦采空區(qū)治理中的應用［J］.露天采礦技術(shù)，2015（2）：7-9.

［3］段力士，蔡光琪，韓進.小窯采空區(qū)對東露天礦安全生產(chǎn)的影響及危險性分析［J］.露天采礦技術(shù)，2014（11）：94-96.

［4］王華，劉洋，湯笑飛，等.汝箕溝礦區(qū)露天開采小窯火區(qū)快速治理技術(shù)［J］.煤炭技術(shù)，2016（1）：170-172.

【責任編輯：陳毓】

Prevention measures of underground mining to open-pit mining in old goaf

JIANG Wenping
(Rujigou Anthracite Branch,Shenhua Ningxia Coal Group,Shizuishan 753004,China)

The underground goaf is the influencing factors of restricting open-pit mining,the mine adopts the reliable exploration methods to explore the prevention standard operating procedures of underground mining reform open-pit mining old goaf,to maximize eliminate safe risks caused by goaf empty area,which effectively prevent the occurrence of coal mine accidents and scientifically guide production practice.

open-pit mining;underground goaf;prevention and control

TD325+.3

B

1671-9816（2017）05-0004-04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.05.002

江文平.井工開采改露天復采煤礦老巷采空區(qū)的防治措施［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（5）：4-7.

2017-02-19

江文平（1967—），男，寧夏固原人，高級工程師、注冊安全工程師，工程碩士，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團汝箕溝無煙煤分公司經(jīng)理，主要從事煤礦生產(chǎn)經(jīng)營管理工作，研究方向：煤礦開采技術(shù)。