特厚煤層下分層綜放開采災(zāi)害預(yù)防措施

李瑞群，陳蘇社

(神東煤炭集團(tuán)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(fù)合區(qū)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(shù)約為3，且節(jié)理裂隙不發(fā)育、煤層韌性較好，煤層為易自燃煤層。該盤區(qū)上分層兩翼共9個(gè)綜采面已經(jīng)進(jìn)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(chuàng)新了開采工藝，對(duì)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(qū)之間只有1.5～3.2 m的煤厚作為頂板。存在發(fā)生頂板災(zāi)害、水災(zāi)和采空區(qū)自然發(fā)火災(zāi)害的安全隱患，針對(duì)這3種隱患，采取了針對(duì)性的災(zāi)害預(yù)防技術(shù)，有效地預(yù)防了災(zāi)害的發(fā)生，保證了下分層綜放工作面的安全回采。

現(xiàn)以大柳塔煤礦活雞兔井1-2煤復(fù)合區(qū)首采面12下202綜放工作面為例，對(duì)3種可能發(fā)生的災(zāi)害的預(yù)防技術(shù)進(jìn)行介紹。

1 12下202綜放面開采條件及災(zāi)害辨識(shí)

1.1 12下202綜放工作面開采條件

12下202綜放工作面推進(jìn)長(zhǎng)度1 124.5 m，工作面長(zhǎng)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(qū)。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(fā)生的災(zāi)害辨識(shí)

根據(jù)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(shí)體煤下，上分層為回采過的采空區(qū)，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(shí)由于上分層綜采工作面開采后采空區(qū)存在低洼點(diǎn)，在開采過程中如果泄放水不及時(shí)，可能造成水災(zāi)事故。該區(qū)域煤層為易自燃煤層，煤層自然發(fā)火期只有30 d，如果控制不到位，在開采過程中極易發(fā)生采空區(qū)自然發(fā)火，造成火災(zāi)事故。因此12下202綜放工作面在開采過程中存在發(fā)生頂板災(zāi)害、水災(zāi)和采空區(qū)自然發(fā)火災(zāi)害3個(gè)方面的重大隱患。

2 頂板災(zāi)害預(yù)防技術(shù)

根據(jù)以上對(duì)12下202綜放工作面可能發(fā)生災(zāi)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(qū)割透，很可能發(fā)生冒頂，如果不能及時(shí)處理會(huì)造成頂板冒頂進(jìn)一步擴(kuò)大形成頂板事故，發(fā)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(jié)構(gòu)示意圖

為了避免頂板災(zāi)害事故的發(fā)生，當(dāng)工作面在上分層采空區(qū)下回采時(shí)，采取以下技術(shù)措施預(yù)防災(zāi)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(shí)體煤層間距，工作面底板起伏采取適當(dāng)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(nèi)，保證立柱的行程，避免壓力大時(shí)支架活柱下縮采高低采煤機(jī)無法通過；若遇煤厚較小時(shí)，采高最低不得低于3.2 m；③工作面支架必須執(zhí)行“跟機(jī)、邁步、擦頂”的移架方式，移架不得滯后煤機(jī)前滾筒(頂?shù)?3架；④支架接頂良好，初撐力足夠，每臺(tái)支架初撐力必須達(dá)到規(guī)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(gè)牌板，每天早班每隔5架用錨索機(jī)打眼探一次頂煤，將采高、實(shí)體頂煤和虛體頂煤厚度標(biāo)在牌板上，采煤機(jī)司機(jī)割煤時(shí)參照留設(shè)頂煤，避免割透漏頂；⑦過聯(lián)巷的U型金屬棚嚴(yán)禁提前回收，隨工作面的推進(jìn)逐架回收；⑧如果煤厚變小，按最低采高割煤還無法留設(shè)實(shí)體頂煤時(shí)，采取適當(dāng)臥底的辦法留設(shè)200～300 mm厚的實(shí)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(fā)生。如果出現(xiàn)控制不到位的情況，發(fā)生漏頂，可采取降低煤機(jī)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(jìn)行處理。

3 水災(zāi)和采空區(qū)自然發(fā)火預(yù)防技術(shù)

3.1 水災(zāi)預(yù)防技術(shù)

12下202綜放面防治水災(zāi)的主要水源為上分層12上202綜采采空區(qū)和12上204綜采采空區(qū)低凹區(qū)積水。巷道掘進(jìn)期間嚴(yán)格執(zhí)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(jī)，整體外形尺寸2540mm×1220mm×1620mm(長(zhǎng)×寬×高)，回順掘錨機(jī)單巷施工時(shí)，每隔一定距離在負(fù)幫開掘鉆機(jī)窩存放鉆機(jī)。巷道掘進(jìn)期間累計(jì)施工疏放水孔262個(gè)，實(shí)際累計(jì)泄水量92000m3；疏放水效果較為明顯，實(shí)現(xiàn)了安全順利掘進(jìn)。工作面圈成后對(duì)上覆采空區(qū)低洼區(qū)域進(jìn)一步補(bǔ)鉆疏放水，累計(jì)補(bǔ)孔21個(gè)，累計(jì)泄水量不到50m3，最終實(shí)現(xiàn)了安全順利回采。

為了預(yù)防水災(zāi)的發(fā)生，12下202綜放工作面主要采取了以下水災(zāi)預(yù)防技術(shù)措施：①12下202工作面首先掘進(jìn)12下202運(yùn)順，掘進(jìn)時(shí)鉆探分為2部分，其中探測(cè)上分層聯(lián)巷鉆孔設(shè)計(jì)為：每過上分層順槽聯(lián)巷5m向下一個(gè)上分層順槽聯(lián)巷施工2個(gè)泄放水鉆孔，一個(gè)終孔位置為上分層聯(lián)巷幫中部，另一個(gè)終孔位置為聯(lián)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(gè)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(diǎn)時(shí)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)增加泄放水鉆孔，待積水泄完后再繼續(xù)向前掘進(jìn)。12下202運(yùn)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(qū)域，為了加快泄水速度，采取群孔對(duì)泵直排高效泄水技術(shù)；③在施工泄水孔之前，對(duì)下分層新掘的巷道頂?shù)装甯叱踢M(jìn)行實(shí)測(cè)，并結(jié)合上分層巷道底板實(shí)測(cè)高程，對(duì)泄水孔參數(shù)進(jìn)一步核實(shí)和微調(diào)，提高泄水孔的精度；④下分層順槽的聯(lián)巷或調(diào)車硐室必須與上分層聯(lián)巷錯(cuò)開施工，并且錯(cuò)距要大于10m以上，個(gè)別受條件限制時(shí)也不得小于5m；⑤在12下202工作面區(qū)域施工4個(gè)水倉(cāng)，在12下202回撤通道兩頭附近低凹區(qū)域選擇合適位置各施工1個(gè)，在12下202運(yùn)順和回順中部低凹區(qū)域選擇合適位置各施工1個(gè)，每個(gè)水倉(cāng)倉(cāng)容約100m3，每個(gè)水倉(cāng)竣工后要及時(shí)安裝排水系統(tǒng)；⑥排水系統(tǒng)保證完好可靠且能力足夠，確保工作面涌水時(shí)能隨時(shí)開啟排水。

圖3 12下202運(yùn)順泄放水鉆孔布置平面示意圖

3.2 采空區(qū)自然發(fā)火預(yù)防技術(shù)

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(qū)漏風(fēng)，杜絕采空區(qū)遺煤發(fā)生氧化自燃，采取了以下預(yù)防技術(shù)措施[6-7]。①加強(qiáng)工作面地表巡查與回填，采用機(jī)械回填與人工回填相結(jié)合的方式對(duì)地表裂隙進(jìn)行回填，對(duì)二次裂隙及時(shí)組織村民進(jìn)行二次回填，減少工作面漏風(fēng)通道，圖4為工作面地表回填前后對(duì)照?qǐng)D；②為了觀測(cè)采空區(qū)氣體，在202切眼地表裂隙處埋入1吋鋼管設(shè)置氣體觀測(cè)點(diǎn)，及時(shí)觀測(cè)采空區(qū)氣體情況，掌握工作面采空區(qū)內(nèi)浮煤氧化程度。12下202采空區(qū)氣體地表采氣化驗(yàn)表見表1；③加強(qiáng)12下204回順聯(lián)巷一般防火密閉施工質(zhì)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(qiáng)密閉施工監(jiān)理，施工完畢后對(duì)每個(gè)聯(lián)巷進(jìn)行噴漿處理，杜絕聯(lián)巷漏風(fēng)；④回采時(shí)要盡可能降低工作面進(jìn)風(fēng)端風(fēng)壓，減少向采空區(qū)漏風(fēng)，縮短工作面采空區(qū)“三帶”長(zhǎng)度，由于活井為壓入式通風(fēng)，故將工作面控風(fēng)設(shè)施施工在進(jìn)風(fēng)巷12下202運(yùn)順，同時(shí)在進(jìn)風(fēng)巷12下204回順施工行車風(fēng)門，并且合理配風(fēng)，工作面配風(fēng)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(qū)自然發(fā)火的物質(zhì)基礎(chǔ)；⑥每個(gè)打透采空區(qū)的探放水孔及時(shí)全部安裝U型返水管，確保采空區(qū)不漏風(fēng)；⑦加強(qiáng)束管監(jiān)測(cè)和人工檢測(cè)管理工作，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施；⑧工作面回采期間每日對(duì)工作面巖粉撒布情況進(jìn)行檢查，確保工作面按要求撒布巖粉，增加采空區(qū)遺煤灰分，降低采空區(qū)遺煤氧化自燃的可能性；⑨回采前提前完善注漿系統(tǒng)，工作面回采后通過12下204回順聯(lián)巷一般防火密閉預(yù)留措施孔對(duì)12下202采空區(qū)進(jìn)行注漿，在第17#聯(lián)巷、第14#聯(lián)巷注漿共計(jì)10650m3；⑩加快推進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)“快掘、快采、快撤、快閉”，以快治火，該面原計(jì)劃回采5.0個(gè)月，加快推進(jìn)速度后，實(shí)際回采3.4個(gè)月，比計(jì)劃提前1.6個(gè)月采完。通過以上措施的采取，杜絕了火災(zāi)事故的發(fā)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(duì)照?qǐng)D

表1 12下202采空區(qū)氣體地表采氣化驗(yàn)表

4 結(jié)語

針對(duì)特厚硬煤下分層綜放工作面存在的頂板災(zāi)害、水災(zāi)和采空區(qū)自然發(fā)火災(zāi)害3個(gè)方面的安全隱患，分別采取了具有針對(duì)性的災(zāi)害預(yù)防措施，有效避免了災(zāi)害的發(fā)生。