坚硬复合煤层，耦合灾害大倾角工作面灾害治理研究

坚硬复合煤层，耦合灾害大倾角工作面灾害治理研究

陈显华

黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司 , 黑龙江 鹤岗 154100

摘要：采用综合机械化放顶煤开采开采期间，由于块段存在煤与瓦斯突出、冲击地压、自然发火及高瓦斯的灾害耦合的情况，为了保证块段安全顺利回采，创造经济效益，一方面进行理论研究，另一方面进行现场实践验证，以理论指导现场，实践验证理论的为原则，最终获得成功，达到了灾害治理的效果及目的。

关键词：灾害治理；火灾；耦合灾害；冲击地压；突出

引言

采用综合机械化放顶煤开采开采期间，由于块段存在煤与瓦斯突出、冲击地压、自然发火及高瓦斯的灾害耦合的情况，为了保证块段安全顺利回采，创造经济效益，一方面进行理论研究，另一方面进行现场实践验证，以理论指导现场，实践验证理论的为原则，最终获得成功，达到了灾害治理的效果及目的。

一、回采技术

（一）顶煤夹矸治理

1、夹矸情况概述

本工作面采用放顶煤方式同时回采17-1与17-2层煤，在两层煤中间有一层夹矸，其厚度及硬度的变化，将会对产量及回采率造成很大影响。在2018年3月份至4月份期间，17-1与17-2层煤中间夹矸厚度及硬度变化明显，3月份探眼实测，工作面60组向上夹矸平均厚度1.3米，最大厚度达1.5米。工作面回采率明显降低，严重影响工作面产量。

4月份，工作面继续组织施工硬帮顶板夹矸预裂钻孔，轨道由防冲科沿工作面倾斜方向每隔20米施工一组，每组8个钻孔，终孔落点为每5米一对，每对分别落在工作面第73组、81组支架走向投影位置，爆破并注水。经生产期间观察，后部运输机卡块现象明显降低，放出的夹矸可通过破碎机破碎后进入煤仓，减少了生产期间对出煤时间的影响。

（二）工作面石包治理

1、工作面石包情况

工作面石包于2017年11月中旬在工作面第20组支架至第40组支架处出现，沿工作面走向发育约200米，至2018年4月初消失。在一月份石包变化较大，从1月10日开始，工作面55组支架向上至85组、下方13组支架向下同时产生石包，石包平均厚度0.7米。至1月18日，沿工作面倾斜方向均见石包，石包平均厚度1米，最大厚度2.5米。至1月24日，工作面23组支架向下及38组支架向上石包消失，23组至38组支架范围内石包沿走向继续发育。5月及7月，工作面25组支架向上至40组支架范围内再次出现石包，两次石包影响范围较小。其中5月份石包于5月13日出现，沿走向发育20米后消失。7月份石包于1日出现，沿走向发育约30米后消失。

（三）大倾角及破碎顶板

该工作面平均倾角34°，最大倾角40°。生产期间，飞块对安全生产造成很大危胁。为防止发生飞块伤人事故，我区采取防范措施如下：

1、大倾角工作面走向挡矸装置

为防止开采期间发生飞块伤人事故，在工作面前部运输机，沿走向每10组安设一套走向挡矸装置，挡矸装置采用一块铁板分别与764、800链子相连接，上方挂在支架顶梁上，下方垂直前部运输机。由于该挡矸装置走向布置，且设置密集，可有效控制硬帮及运输机内大块向下方滑落，同时该装置操作简便，可大大降低工人劳动强度。

2、倾斜尼龙挡矸网

随着工作面回采过机道一石门后，由于地质变化，工作面倾角逐渐增大，最大倾角可达40度。单纯的靠走向挡矸装置，已不能生产安全需求。而使用倾斜金属挡矸网，网体笨重，同时作业期间还可能造成刮蹭，不便操作。我区进行多次试验，更换挡矸材料，最终确定采用尼龙网在液压支架前布置，将架空与架前分隔开，使架空内形成一个相对安全区域。另外，使用尼龙网每隔10组支架，在架前与电缆槽子间走向挡严，形成全封闭挡矸效果。

二、灾害治理技术

(一)煤与瓦斯突出技术

四水平南17层2-4区二段，该区域17层煤为突出煤层，按照区域突出危险性预测规定要求，采用直接测定煤层瓦斯压力和瓦斯含量的方法进行预测，在四水平二段总轨道、总机道以及边界上山处布置压力及含量测试点，经突出危险性预测，并根据实测的瓦斯压力和瓦斯含量大小分布看，呈现出北高南低趋势，在平面位置将三水平南二石门以南220米以及三水平南二石门以北210米范围，在-455.9m标高以上划分为无突出危险区，将三水平南二石门以北210米处至停采机道石门范围内四水平17层二段，划分为突出危险区,突出危险区域原始瓦斯压力最大1.0MPa，原始瓦斯含量最大值8.513m³/t。

1、在无突出危险区域内进行采掘作业时，须严格执行区域验证工作和安全防护措施。煤巷掘进工作面和回采工作面进入时分别采用工作面预测方法对无突出危险区进行区域验证，按照下列要求进行：①在工作面进入该区域时，立即连续进行至少两次区域验证；②工作面每推进10～50m至少进行两次区域验证；③在煤巷掘进工作面还应当至少打1个超前距不小于10m的超前钻孔，探测地质构造和观察突出预兆。

（二）瓦斯治理

本区域内瓦斯巷量高，达到8.513m³/t，为降低煤层瓦斯含量，我矿采用采前预抽和边采边抽顶瓦斯治理方法，通过穿层钻孔预抽和顺层钻孔边采边抽，以及仰角钻孔解决上隅角瓦斯超限情况，有效降低了回采期间系统内的瓦斯浓度，各点瓦斯含量均未超过0.6％。

1、穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法

在四水平南17层2-4区二段总机道每隔50米施工一对抽采钻场，每个钻场设计9-19个方位，方位角间距不小于0.5米，每个方位设计2-5个角度的抽采钻孔，孔间距不小于0.3米，钻孔终孔落点过17层煤层顶板，钻孔长度50-200米，钻孔角度-5°—80°。

2、顺层钻孔治理煤体瓦斯方法

在四水平南17层2-4区二段机道施工顺层钻孔，每隔6.3米施工一组，每组设计施工2个不同角度的抽采钻孔，钻孔角度15°—28°，钻孔长度140米—200米。

3、仰角钻孔治理局部瓦斯方法

距离切眼30米处开始往停采线方向每隔30米布置一个钻场，每个仰角钻场内设计施工6个方位，每个方位设计施工2个钻孔，钻孔长度40-55米，钻孔角度-6°—20°。开孔距底板距离不得小于1.5米，每个方位的孔间距不小于0.3米，相邻两个方位的孔间距不得小于0.5米，钻孔终孔落点控制轨道往下平面距离30米范围。

通过以上技术手段，使得矿段开采期间瓦斯含量由8.513m³/t，下降到4.6m³/t，风流中瓦斯浓度0.4％，上隅角瓦斯浓度0.6％，其他各点气体浓度均在安全值以下，保证了安全生产活动顺利进行。

（三）冲击地压治理技术

1、冲击灾害治理

兴安矿四水平17#煤层2014年经中国矿大鉴定为弱冲击倾向性、顶板为弱冲击倾向性。2018年7月煤科总院及龙煤瓦斯地质研究院鉴定四水平17层底板为无冲击倾向性。按照《煤矿安全规程》及《防治煤矿冲击地压细则》要求，根据地质条件影响及开采因素影响，评价该面为中等冲击危险工作面。

2、SOS微震监测情况

据统计，该面自开始回采，共计发生三次方震动1858次，四次方震动118次，五次方震动22次。该面震源分布主要集中在工作面后方100米范围内及机道上、下方各100米范围内。产生震动主要原因一是采空区老顶顶板冒落，二是受工作面采动影响造成的。

为确保安全生产，该面SOS微震监测黄色预警值设定为1.0×104J以上-1.0×105J以下，红色预警值为1.0×105以上。当监测数据达到预警时，由采区作业人员现场做钻粉率校验；若钻粉率指标超过临界值，工作面停产做卸压工作，再使用钻用钻粉率检验。直至钻粉率不超，工作面方可恢复生产。

3、KJ743煤体应力监测情况

该面在机道上帮、轨道下帮布置安装一套KJ743煤体应力监测系统，对工作面回采期间冲击地压危险情况进行实时在线监测。应力计布置方式为机道上帮、轨道下帮每间距20米布置1组测站。每组测点安装两只传感器，其中深孔应力计为14米，浅孔应力计为8米。根据监测需要，每条顺槽内首次在工作面前方各布置10组测点，第一组位置从距切眼30m处开始，每组内两个应力计测点间距0.5～1米。随着工作面的推采，将距工作面不足10米的测点及时回撤，并将测点逐渐后移，始终保持工作面前方200m左右的监测距离。

结束语

通过以上技术手段，本区域开采期间，发火标志性气体指标稳定，瓦斯浓度被控制在安全指标范围内，无冲击显现，无突出动力现象发生，各种灾害指标均虽有异常变化，但均在可控范围之内，未出现影响生产活动的情况，成功控制了耦合灾害，顺利的完成了区域安全回采。

参考文献

1、高瓦斯大采高综放工作面灾害治理方案。山东煤炭科技。2010.02期

2、高瓦斯大采高综放工作面冲击地压灾害治理方案。山西焦煤科技。2014.03期

3、高瓦斯大采高综放工作面防突灾害治理方案。煤矿现代化。2012.01期

4、高瓦斯大采高综放工作面火灾治理方案。山东煤炭科技。2013.04期