網(wǎng)狀分布老巷對煤柱工作面的影響及過巷技術(shù)研究

摘 要：【目的】網(wǎng)狀分布的老巷容易聚集有害氣體或?qū)ɡ峡樟严端矗瑢夭晒ぷ髅姘踩a(chǎn)構(gòu)成了極大威脅，因此需要采取有效措施防止此類工作面生產(chǎn)期間有害氣體聚集或發(fā)生突水事故，以提高安全生產(chǎn)效率?！痉椒ā恳孕碌敲旱V21煤柱工作面為研究對象，通過診斷分析網(wǎng)狀分布的不同特征老巷的危險致災(zāi)因素，提出超前探測、強化支護、有害氣體監(jiān)測、應(yīng)急處置等綜合防控技術(shù)，并將此綜合防控技術(shù)在21煤柱工作面進行了實踐。【結(jié)果】結(jié)果表明，21煤柱工作面采用過巷綜合防控技術(shù)后，未發(fā)生有害氣聚集、突水以及各類頂板事故，工作面實現(xiàn)了安全、高效生產(chǎn)?！窘Y(jié)論】研究成果可在類似工作面生產(chǎn)中進行推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤柱工作面；網(wǎng)狀分布；老巷；過巷技術(shù)

中圖分類號：TD353" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）23-0032-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.23.007

Research on the Influence of Old Roadway with a Network Distribution on Coal Pillar Working Face and the Technique of Passing Through Roadway

ZHU Rongbin

（China Coal Resources Development Group Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000，China）

Abstract： [Purposes] The old roadways with a network distribution are prone to accumulating harmful gases or leading to water sources in the old goaf cracks， posing a significant threat to the safety production of the mining face. Therefore， effective measures are needed to prevent the accumulation of harmful gases or water inrush accidents during the production period of such working faces， and to improve safety production efficiency. [Methods] Taking the 21 coal pillar working face of Xindeng Coal Mine as the research object， the comprehensive prevention and control technologies such as advanced detection， strengthened support， harmful gas monitoring， and emergency response were proposed by diagnosing and analyzing the hazards and disaster factors of different characteristics of old tunnels with network distribution. And this comprehensive prevention and control technology was put into practice in the 21 coal pillar working face. [Findings] The results showed that after adopting the comprehensive prevention and control technology through tunnels in the 21 coal pillar working face， no harmful gas accumulation， water inrush， or various roof accidents occurred， and the working face achieved safe and efficient production. [Conclusions] This research result can be promoted and applied in the production of similar working faces.

Keywords： coal pillar working face; network distribution; old roadway; technique of passing through roadway

0 引言

鄭州礦區(qū)各礦井主采二1煤層為典型的三軟煤層，開采難度大［1］，近年來隨著各礦井開采年限的增加，煤炭資源逐漸枯竭，部分礦井或采區(qū)進入煤柱開采范圍。因煤柱工作面回采范圍內(nèi)存在諸多空巷（采空區(qū)），且應(yīng)力集中，導(dǎo)致工作面回采期間容易發(fā)生冒頂、甲烷超限、有毒有害氣體超標、透水、采煤機割鐵等事故［2-3］。所以，開展煤柱工作面過巷技術(shù)攻關(guān)非常必要。本研究以鄭州礦區(qū)新登煤礦21煤柱工作面為例，從現(xiàn)場管理、超前探測、強化支護、有害氣體監(jiān)測、應(yīng)急處置等方面進行探討，研究復(fù)雜條件下煤柱工作面回采的安全技術(shù)措施。

1 工程概況

21煤柱工作面標高為90～133 m，煤層賦存厚度為0.5～14.5 m，為走向長臂倒退式開采方式，采用綜合機械化采煤工藝，垮落法管理頂板。工作面上部為21061工作面采空區(qū)，下部分布有部分工作面保護煤柱和采空區(qū)，中部存在兩條沿走向分布的+90南翼運輸機巷和+90南翼運輸軌道巷，以及與之交叉的多條輔助巷道及車場，老巷支護特征各異，且與周邊采空區(qū)貫通，交織成網(wǎng)，如圖1所示。目前，工作面內(nèi)跨巷道均已回收完畢，巷道內(nèi)殘留部分工字鋼腿及鐵件、木垛等雜物，容易形成空洞，回采期間安全隱患較為突出。

2 老巷危險因素分析

2.1 斜交老巷危險因素分析

與工作面斜交的巷道主要有3條，分別是原21191副巷、21191機巷和原21151副巷，其中原21191副巷和機巷均采用工字鋼支護，巷道內(nèi)工字鋼梁、腿已全部回收，回收期間巷道頂板正常垮落，無積水、淋水現(xiàn)象。原21151副巷，采用U形鋼支護，巷道內(nèi)U形鋼腿已全部回收，巷道中間支設(shè)有木垛，回收期間巷道頂部完好，無積水、淋水現(xiàn)象。因3條巷道均連通采空區(qū)，容易形成采空區(qū)有害氣體和積水通道，給工作面回采帶來安全隱患，應(yīng)加強工作面過老巷期間的有害氣體和水害監(jiān)測與防治。

2.2 直交老巷危險因素分析

與工作面直交的巷道主要有兩條，分別是原+90 南翼運輸機巷和+90南翼軌道運輸機，兩條巷道均采用U形鋼和工字鋼支護，巷道內(nèi)U形鋼和工字鋼梁、 腿已全部回收，回收期間巷道頂板正常垮落，無積水、淋水現(xiàn)象。因兩條巷道均與上節(jié)3條斜交巷道貫通，形成交織的聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致采空區(qū)有害氣體和積水有可能通過此巷道進入工作面，對工作面生產(chǎn)構(gòu)成長期威脅。所以，回采期間應(yīng)加強有害氣體監(jiān)測和水害治理。

2.3 其他危險因素分析

21煤柱工作面內(nèi)部老巷受工作面采動和周邊應(yīng)力集中雙重因素影響，巷道圍巖結(jié)構(gòu)遭到破壞，巷道回收后，巖體發(fā)生嚴重變形并冒落，容易形成較大的冒落區(qū)，甚至存在空頂以及巷道周邊存在應(yīng)力集中的情況，這給工作面回采期間的護頂措施帶來困擾。此外，巷道回收后殘留的鐵器和木垛也是采煤期間的危險因素，且影響采煤速度，應(yīng)采取可靠的移除措施。

3 工作面安全保障措施

通過檢索發(fā)現(xiàn)，針對工作面過老空防控技術(shù)的研究較多［4-6］，多集中在超前探測及強化支護等方面。本研究針對21煤柱工作面（孤島工作面）存在老巷群和多采空區(qū)的復(fù)雜因素，在前人研究的基礎(chǔ)上，制定了綜合的防控措施。

3.1 老巷防水措施

3.1.1 超前探測。工作面接近空巷10 m時，在工作面煤壁每10 m布置1個超前鉆孔，鉆孔距底1.0 m，孔深12 m，偏角與仰俯角均為 0°，具體如圖2所示。

3.1.2 預(yù)測預(yù)報。若打探測孔時空巷道內(nèi)有積水流出，應(yīng)及時停止探測，嚴禁施工人員將探測鉆桿拔出，并向調(diào)度室及地測防治水科匯報，由地測防治水科采取專項探放水措施，安排人員對老空巷內(nèi)積水進行排放。地測防治水人員要及時進行預(yù)測預(yù)報，收集相關(guān)地質(zhì)資料進行實際對比，觀測工作面涌水量變化情況。回采期間若發(fā)現(xiàn)有煤層變濕、掛紅、掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)水霧、水叫、頂板來壓、片幫、淋水加大、底板鼓起或者裂隙滲水、煤壁潰水、水色發(fā)渾、有臭味等透水征兆時，應(yīng)當立即停止作業(yè)，撤出所有受水患威脅地點的人員，報告調(diào)度室，并發(fā)出警報。在原因未查清、隱患未排除之前，不得進行任何作業(yè)活動。

3.1.3 緊急避險。若空巷涌水，現(xiàn)場人員應(yīng)立刻佩戴自救器，在未確定所在地點的空氣成分能否保證人員生命安全時，任何人不得摘掉。若工作面涌水量兇猛，現(xiàn)場無法急救時，所有人員應(yīng)迅速組織起來，沿著規(guī)定的避災(zāi)路線和安全通道，撤退到安全地段，并清查人數(shù)，及時向調(diào)度室匯報。

3.2 有害氣體防治措施

3.2.1 超前探測。工作面接近空巷 10 m時，通風技術(shù)人員利用超前探測鉆孔（探水鉆孔）進行有害氣體檢測?？卓谙嘛L側(cè)1 m范圍內(nèi)甲烷濃度達到0.4%、一氧化碳達到 0.002 4%、硫化氫達到 0.000 66%、二氧化碳達到 1.5%，必須停止作業(yè)，向通風科匯報，采取專項排放措施進行排放，待老空巷內(nèi)有毒有害氣體濃度全部降到規(guī)定值以下時方可進行回采作業(yè)。

3.2.2 工作面檢測。通風技術(shù)人員每班對空巷處甲烷濃度、一氧化碳、硫化氫氣體濃度進行一次檢查，若甲烷濃度、一氧化碳、 硫化氫及其他有害氣體濃度超過規(guī)定，必須通知現(xiàn)場作業(yè)人員立即停止回采，撤出人員并向調(diào)度室匯報，采取有效措施處理后方可恢復(fù)作業(yè)。

3.2.3 緊急避險。若煤壁側(cè)發(fā)生冒頂，班組長應(yīng)組織人員撤離到運輸順槽或回風順槽等安全地點，并向調(diào)度室匯報。

3.3 強化支護措施

3.3.1 支架超前支護措施。在開采面距離老空5 m時采面采高控制在2 m，回采期間支架初撐力不得低于24 MPa，在工作面液壓支架頂梁上垂直煤壁設(shè)置兩根2.4 m長的π形鋼梁，確保支架支撐有效和接頂嚴密。隨著工作面向前推進可以超前支撐老空。工作面過老空時，頂板破碎冒落應(yīng)及時伸出伸縮梁帶壓移架，并使用荊芭、釬椽或小徑木超前打幫護頂，防止片幫、冒頂事故發(fā)生。

3.3.2 上下切口強化支護措施。在工作面上下切口20 m范圍內(nèi)采用錨網(wǎng)進行強化支護，支護參數(shù)及設(shè)計如圖3所示。

3.4 過空安全技術(shù)措施

3.4.1 割煤管控措施。 割煤期間采煤機司機應(yīng)控制采煤機速度，其割煤速度不得大于5 m/min，要時刻注意煤壁側(cè)，發(fā)現(xiàn)有遺留鐵器時應(yīng)停機，通知班組長安排人員進行處理，處理后方可開機，嚴禁開機強行通過。采煤機司機必須攜帶便攜式甲烷檢測報警儀，發(fā)現(xiàn)甲烷濃度達到0.4%時必須停機，通知班組長安排人員進行處理。

3.4.2 移架管控措施。工作面支架中心距誤差不超過100 mm，支架間隙偏差不超過100 mm；頂梁平整，無明顯錯差，不超過頂梁側(cè)護板高的2/3；支架前梁（伸縮梁）梁端至煤壁頂板垮落高度不大于 300 mm；工作面“三直一平”液壓支架排成一條線，其偏差不超過50 mm；工作面?zhèn)汩荛L度大于1 m時，其最大突出部分不超過20 mm，傘檐長度在1 m及以下時，其最大突出部分不超過250 mm。

3.4.3 冒頂處理措施。在處理工作面冒頂、片幫、工字鋼時，作業(yè)人員進入煤壁前，班組長通知機電維修工將刮板輸送機開關(guān)調(diào)至零位閉鎖，并按下工作面急停按鈕和對應(yīng)支架閉鎖按鈕，急停和閉鎖按鈕必須由班組長進行復(fù)位。處理冒頂后，啟動采煤機前應(yīng)由采煤機司機對滾筒前后5 m范圍內(nèi)進行確認，確認無其他人員或無阻礙時方可正常開機。工作面回采期間，空巷內(nèi)存在空頂時，每班作業(yè)結(jié)束前，使用小徑木、荊芭對空巷口進行封閉，防止其他人員誤入空巷內(nèi)。

3.4.4 老空雜物處理措施。在處理木垛、工字鋼等鐵器時，采煤機司機應(yīng)將采煤機停在距空巷10 m以外頂板完好的位置，停機后應(yīng)將前后滾筒落地，同時將隔離開關(guān)打開，拔出離合器，并將刮板輸送機停機閉鎖。人工使用手鎬先將木垛、工字鋼等鐵器周圍的煤進行松動，然后使用手拉葫蘆將道木、工字鋼拉出，嚴禁使用刮板輸送機和帶式輸送機運輸工字鋼。

3.5 應(yīng)急處置措施

現(xiàn)場處置流程為“滅—護—撤—躲—報”。滅：在安全的前提下，采取積極有效措施，將事故消滅在初始階段或控制在最小范圍，最大限度地減少事故造成的傷害和損失。護：因事故造成其所在地點的有害氣體濃度增高，可能危及人員生命安全時，或佩戴自救器，或用濕毛巾捂住口鼻。撤：當災(zāi)區(qū)現(xiàn)場不具備搶救事故的條件或可能危及人員的安全時，要以最快的速度，選擇最近的路線撤離災(zāi)區(qū)。水災(zāi)應(yīng)堅持向高處撤離的原則；火、瓦斯、粉塵災(zāi)害應(yīng)堅持迎風撤離的原則。躲：若在短時間無法安全撤離災(zāi)區(qū)時，應(yīng)迅速進入預(yù)先構(gòu)筑的避難硐室或其他安全地點暫時躲避，等待救援，也可利用現(xiàn)場的設(shè)施和材料構(gòu)筑臨時避難硐室。報：立即向現(xiàn)場的相關(guān)人員報告，或通過電話向調(diào)度室報告事故發(fā)生的時間、地點、遇險人數(shù)及災(zāi)害性質(zhì)等情況。發(fā)生災(zāi)害時，班組長、副隊長、安檢員有權(quán)要求作業(yè)人員停止作業(yè)，并嚴格按照避災(zāi)路線進行撤離，在安全地點向調(diào)度室匯報。

3.6 勞動組織及職責劃分

3.6.1 勞動組織。采煤隊負責工作面過空巷期間頂板管理和各種鐵器回收、液壓支架操作維護、采煤機操作等工作，應(yīng)合理分配作業(yè)人員、備齊過空巷期間防冒頂材料，確保工作面順利通過空巷。調(diào)度室負責過空巷期間的勞動組織及特殊情況的協(xié)調(diào)工作。

3.6.2 現(xiàn)場職責劃分。采煤隊副隊長是當班現(xiàn)場管理安全第一責任人，負責過空巷期間全面工作。采煤隊班組長是本組安全第一責任人，負責過空巷期間安全確認、隱患排查、合理安排刮板輸送機司機、保證安全退路暢通、合理調(diào)配人員，并負責空巷內(nèi)工字鋼、道軌等鐵器的處理工作，并在副隊長的配合下做好當班現(xiàn)場安全管理工作，確保本組人員安全。安全檢查工作人員負責現(xiàn)場安全監(jiān)督、檢查，監(jiān)督安全技術(shù)措施的落實執(zhí)行情況，并及時查處“三違”現(xiàn)象。通風科負責監(jiān)督瓦斯檢查工作人員對工作面有毒有害氣體進行檢測，分析工作面前方空巷內(nèi)存在氣體，指導(dǎo)采煤工作面正?；夭伞５販y防治水科負責工作面前方空巷預(yù)測預(yù)報工作，及時向采煤隊下發(fā)過空巷隱患通知單，并提供空巷與工作面層位置關(guān)系，及時進行隱蔽致災(zāi)普查，做好預(yù)測預(yù)報工作。生產(chǎn)技術(shù)科負責指導(dǎo)過老空安全技術(shù)措施編制，對安全技術(shù)措施落實情況進行監(jiān)督。瓦斯檢查工作人員負責過空巷期間有毒、有害氣體和甲烷濃度檢測，任一有害氣體超標，必須通知工作面作業(yè)人員停止作業(yè)，撤離到安全地點。

4 結(jié)語

回采煤柱工作面頂板管理難度大，容易發(fā)生偏幫、冒頂事故，特別是煤柱回采工作面存在老空情況下，更是給安全生產(chǎn)帶來了極大的威脅，所以在工作面回采取前必須采取綜合性的防控措施，明確責任劃分并嚴格執(zhí)行，方能確保工作面安全生產(chǎn)。21煤柱工作面在回采期間現(xiàn)場管控嚴格有序，措施落實到位，未發(fā)生各類事故，回采期間各種有害氣體濃度均未超限，工作面得到安全、高效生產(chǎn)。

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