新陸煤礦復(fù)采安全技術(shù)與實踐

李彥軍

（黑龍江龍煤鶴崗礦業(yè)有限責任公司新陸煤礦，黑龍江 鶴崗 154100）

煤炭資源是不可再生資源, 是我國重要的能源之一。隨著我國煤炭資儲量不斷縮減，且歷史上，由于受技術(shù)和設(shè)備限制, 煤炭資源回收率僅30%左右,因此，復(fù)采老舊礦井遺留的階段、區(qū)段煤柱，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。許多學者對復(fù)采的方法、 安全技術(shù)以及煤柱礦壓規(guī)律進行了研究[1-6]。由于煤柱類型、成因及地質(zhì)條件的復(fù)雜性，多數(shù)復(fù)采均采用炮采工藝，不具有普遍適用性。本文針對鶴崗礦區(qū)新陸煤礦（國有大型礦井）具體情況，采用在線應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)、電磁輻射儀監(jiān)測復(fù)采工作面兩道應(yīng)力變化情況、電磁輻射強度，分析判定復(fù)采工作面安全性，復(fù)采過程中，完善頂板、“一通三防”、防治水安全技術(shù)措施，采用綜合機械化設(shè)備復(fù)采。結(jié)果表明，復(fù)采工作安全可靠，遺留的階段、區(qū)段煤柱得到有效回收，延長了礦井服務(wù)年限。

1 新陸煤礦煤柱及余煤形成原因分析

1.1 煤柱及余煤產(chǎn)生的歷史背景

新陸煤礦主采的11 號煤層為特厚煤層，歷史上開采工藝落后，大多采用分區(qū)段開采。11 號煤層煤質(zhì)松軟、頂板破碎，發(fā)火期短，原始煤層開采期間，因階段防火、防水需要，留設(shè)的區(qū)段、階段煤柱數(shù)量較多，且煤柱較寬。11 號煤層一直采用沿底板掘進，一次性采全高放頂煤工藝開采，造成煤炭資源回收率低，采空區(qū)內(nèi)殘留頂煤和底煤較多。

1.2 煤柱及余煤區(qū)域的再生頂板情況分析

在原始煤層開采時，采空區(qū)采用注阻化劑和粉煤灰、泥漿灌漿方式防火，將散落的煤、巖膠結(jié)在一起，隨著采空區(qū)煤層頂板上覆巖層緩慢下沉壓嚴壓實，形成穩(wěn)固性再生頂板，但是頂板完整性、連續(xù)性較原始煤層頂板差。

1.3 復(fù)采區(qū)域風險分析

區(qū)域內(nèi)存在頂板破碎帶、 舊巷和周期來壓步距呈現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象。

復(fù)采區(qū)域內(nèi)的階段煤柱受采動垮落影響，上覆煤層破碎，可放性好。

復(fù)采區(qū)域內(nèi)可能存在積水和瓦斯等有害氣體的聚集，在開采前必須對瓦斯、積水進行抽采、疏排。

因此，頂板管理和“一通三防”管理是復(fù)采過程中的關(guān)鍵和重點。

2 工程概況

2.1 復(fù)采區(qū)安全性分析

新陸煤礦在首個復(fù)采面-490 南11 層復(fù)采開采期間，利用KJ743 在線應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)對復(fù)采面兩道的應(yīng)力變化情況進行了監(jiān)測，如圖1、圖2所示。在掘進首個復(fù)采面兩道期間，利用KBD5 便攜式電磁輻射儀對兩道的電磁輻射強度 （預(yù)測沖擊地壓危險性）進行動態(tài)監(jiān)測，如圖3、圖4所示。綜合分析監(jiān)測結(jié)果可知，復(fù)采區(qū)的頂板和圍巖穩(wěn)定性好，采空區(qū)內(nèi)的再生頂板能量重新平衡后，其能量顯現(xiàn)比開采原始煤層時還弱，可以保證復(fù)采工作面開采的安全性和可行性。

圖1 -490 南11 層復(fù)采期間機道應(yīng)力曲線（預(yù)警值11 MPa）

圖2 -490 南11 層風道掘進期間電磁輻射能量數(shù)值（預(yù)警值28 mv)

圖3 -490 南11 層復(fù)采期間機道應(yīng)力曲線（預(yù)警值11 MPa）

圖4 -490 南11 層風道掘進期間電磁輻射能量數(shù)值（預(yù)警值28 mv)

2.2 復(fù)采工作面布置原則

首先，利用現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)，補送較少的石門、通風、運輸巷道，以減少掘進成本，縮短工期；其次，要保證對煤炭資源的回收率、增加復(fù)采工作面的經(jīng)濟效益。因此，復(fù)采工作面一般以階段煤柱中心線為工作面的中心線，根據(jù)上下兩段余留煤炭資源情況，向兩側(cè)延展進行布置。

2.3 復(fù)采工作面概況

-490 南11 層復(fù)采工作面設(shè)計走向500 m，初期走向198 m，目前回采150 m，傾向長42 m，兩道使用36U 型棚噴碹支護，工作面安裝35 組ZF2800/16/24B 型綜放支架，配套使用MG-170/410-WD 型雙滾筒電牽引采煤機割煤。為了實現(xiàn)安全高效，解決目前煤礦一線人員少、年齡結(jié)構(gòu)老化、勞動強度高、工藝安全性差等問題，復(fù)采工作面使用綜合機械化放頂煤工藝開采，如圖5所示。

圖5 -490 南11 層復(fù)采二區(qū)工作面初期布置（虛線為采空區(qū)巷道，綠色實線為復(fù)采工作面）

表1 工作面周邊采掘工程

3 復(fù)采工作面存在的技術(shù)問題及解決措施

3.1 頂板管理

（1）新陸煤礦11 號煤層吸水性好，注水后能有效粘結(jié)，不易抽漏、片幫。為此，在原始煤柱區(qū)向硬幫打不小于10 m 的高壓注水孔，增強煤體的塑性，預(yù)防硬幫片幫、頂板抽頂，復(fù)采區(qū)域用鉆機在風道遠距離向工作面注水，進行高壓穩(wěn)流和靜壓交替注水，如圖6所示。增加采空區(qū)內(nèi)特殊頂板（即：煤巖混合物）的粘結(jié)性和穩(wěn)固性，注水鉆場可以選用風道的瓦斯抽放鉆場，施工低角度鉆孔用于工作面注水。

圖6 -490 南11 層復(fù)采二區(qū)巷道向工作面注水布置

（2）根據(jù)放頂煤自然安息角原理，兩道必須沿煤層底板掘進，按照煤層傾角在風道下幫破200 mm 底板為最佳。按照工作面自上向下的頂板狀態(tài)，兩巷超前翻棚時機道需要至少5～10 m，風道僅超前一個班的循環(huán)進度即可。機道下出口一般需要人工超前支護，防止正常工序循環(huán)過程中，破碎頂板導(dǎo)致出口片幫、抽頂現(xiàn)象。

（3）復(fù)采區(qū)內(nèi)頂板連續(xù)性差，一旦出現(xiàn)片幫、抽頂，原有的平衡將遭到破壞，引發(fā)大面積抽頂片幫，給硬幫和頂板管理帶來很大困難，對于安全開采非常不利。為此，工作面硬幫必須提前掛雙層金屬網(wǎng)，且“逢環(huán)必聯(lián)”，保證假頂鋪設(shè)并保證其完好性，以利于及時戧幫，超前移架、微調(diào)整支架。

（4）工作面前部運輸機嚴禁有彎曲和高低不平現(xiàn)象，防止支架“擠”“卡”“壓”等現(xiàn)象，防止復(fù)采區(qū)受采動影響，支架頂梁上方頂板已經(jīng)成散落狀態(tài)，對調(diào)整支架特別困難。

3.2 “一通三防”管理

（1）加強巷道的漏風管理，掘進期間全斷面噴碹，隨時進行補噴補漏，嚴禁系統(tǒng)內(nèi)巷道向采空區(qū)漏風。兩巷翻棚時，不要破壞風道上幫、機道下幫的原有碹體（除非需要挑頂?shù)攸c），這樣既防止頂板抽漏，也可以起到防止漏風、防火的作用。復(fù)采面兩巷掘進時要沿著底板（或破底板）掘送，兩巷必須跟著工作面軟幫及時放頂，兩端頭軟幫冒落不充分處必須碼好擋風墻，嚴禁向采空區(qū)供風。

（2）沿上巷走向每隔40～50 m 施工仰斜鉆場一個，向工作面、回風隅角和采空區(qū)內(nèi)扇形布置瓦斯抽采鉆孔，超前預(yù)抽瓦斯。

（3）在下巷向軟幫埋設(shè)注氮管路，上巷向軟幫埋設(shè)灌漿管路，同時在專用防火道布置采后灌漿系統(tǒng)，進行防滅火工作。

（4）工作面日常硬幫高壓注水，保證煤體濕潤，嚴禁復(fù)采區(qū)內(nèi)的散落煤體發(fā)火和煤塵飛揚；每天必須對軟幫埋管或者打孔進行噴灑阻化劑進行預(yù)防性防滅火，并采取向采空區(qū)注水的方法對復(fù)采工作面采空區(qū)進行防防火。

（5）開采前，在兩巷每隔5 m，在巷道頂板施工一組防火注水孔，每組3 個，注水孔深度6 m，插入Φ25.4 mm 鐵管，鐵管端頭1 m 處帶小孔，每天對巷道消火孔日常循環(huán)注水，保證兩巷頂板濕潤,消火孔布置如圖7所示。

圖7 兩巷注水孔及注水管

3.3 防治水

（1）水文地質(zhì)的詳細收集與分析

根據(jù)資料分析，本區(qū)內(nèi)煤層頂板上方法線距離209 m 以上有礫巖含水層，超過導(dǎo)水裂隙帶高度，與水文地質(zhì)補勘報告中《突水危險性分區(qū)圖》對照分析，該區(qū)域處于安全區(qū)范圍，沒有礫巖含水層水害威脅?，F(xiàn)有地質(zhì)資料顯示本區(qū)沒有構(gòu)造，原始煤層開采時未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水斷層，區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)鉆孔封孔良好。但在兩個采空區(qū)內(nèi)分別有2 個低點含水區(qū)域以及老空區(qū)夸落后存在導(dǎo)通的可能性。

（2）解決措施

首先，必須對整個區(qū)域進行物探，確定影響區(qū)域及時進行鉆探驗證；其次，根據(jù)原始開采和目前整個井田范圍內(nèi)的影響因素進行分析對照，嚴格落實“有疑必探”措施，對所有采空區(qū)低點和可能積水區(qū)域施工探放水鉆孔，所有鉆孔必須進行測斜，確保探查的準確性和安全性。再次，復(fù)采區(qū)在設(shè)計時，將機道設(shè)計在下階段的采空區(qū)上部，高于采空區(qū)低點積水位置，避開其影響。

4 結(jié)語

新陸煤礦-490 南11 層復(fù)采工作面，通過破底板布置工作面將散落的煤巖混合頂板置于采高之上、采用高壓注水有效增強再生頂板的粘結(jié)性、嚴格控制采高等措施保證了復(fù)采工作面開采時頂板的穩(wěn)定性，增加兩道噴碹厚度、兩道放頂線碼擋風墻、日常噴灑阻化劑、超前鋪設(shè)注氮管路等一通三防綜合措施。開采前做好物探與鉆探工作，查清老空區(qū)積水情況，超前設(shè)置好輸排水等一系列超前治災(zāi)措施。保證了復(fù)采工作面的安全開采，延長了礦井服務(wù)年限，增加了煤炭資源的有效回收。