井工开采改露天复采煤矿老巷采空区的防治措施

江文平

（神华宁夏煤业集团汝箕沟无烟煤分公司，宁夏石嘴山753004）

井工开采改露天复采煤矿老巷采空区的防治措施

江文平

（神华宁夏煤业集团汝箕沟无烟煤分公司，宁夏石嘴山753004）

地下井采空区是制约露天复采的影响因素，采取可靠的探查方法，探索井工开采改露采复采老巷采空区防治标准作业流程，研究重大灾害综合防治措施，最大程度地减少由采空区、空巷等因素带来的安全隐患，有效防止煤矿瓦斯事故发生，科学指导生产实践。

露天采矿；地下空区；防治

0 引言

汝箕沟矿区自清朝道光年间就有小煤窑开采，目前总体规划逐渐实现由井工矿向露天矿的转变，已有汝箕沟煤矿、大峰露天煤矿羊齿采区、卡布梁煤矿由井工开采转型为露天复采，剩余红梁煤矿、白芨沟煤矿规划也将改为露天复采，届时全矿区实现露天开采。采用露天开采方式能够解决长期困扰井工生产难以克服的水患、火区、瓦斯、小窑采空区等灾害的威胁，矿山安全条件得到大幅改善，资源回收率大幅提高，符合国家“太西煤”稀缺资源的保护政策。由于井工开采过程留下的空巷、采空区范围广，封闭后长时间未进行处理，转为露天复采后，随着工作平盘的不断延伸，空巷、采空区给露天生产带来安全隐患，极易造成设备、人员坠落、有毒有害气体中毒等事故。

1 问题的提出

1.1 空区特征

地下采空区的形状一般都不规则，大小、高低均不一致，位置复合交错，分布极为复杂，甚至几层相互采透，而且常位于富矿区内，煤柱稀少，且均未进行充填。

1.2 危害因素

1）对设备和人员的危害。当钻机、电铲、液压挖掘机、卡车等设备处于采空区上部作业时，如果采空区上覆岩层突然垮塌，设备会倾覆或陷落于塌陷区，造成人员伤害、设备损坏等事故。

2）对其他作业人员的伤害。如果钻孔或塌落处逸出有毒有害气体，可能对作业人员造成人身伤害。

3）对爆破作业的危害。在装药过程中，采空区隐蔽火区高温可导致已填充炸药早爆，造成人员伤亡和设备损坏；在爆破过程中，采空区积聚的可燃气体可能被引爆，使爆炸能量增大，造成人员伤害和设备损坏[1-4]。

4）透风引发火灾的危害。空巷在未进行露天开采前是密闭的，露天开采后和外界空气连通，可能引起隐蔽火区复燃、蔓延，进而引发采区内火灾；地下采空区域如果存在瓦斯，极有可能发生瓦斯爆炸事故，危及地面作业人员的人身安全，并可能诱发隐蔽井下火区。

2 防治的思路与方案

2.1 总体思路

利用地面物探方法进行探查，查明露天开采境界内采空区、空巷分布情况，采取有效措施最大程度的减少由采空区、空巷等因素带来的安全隐患，有效防止露天煤矿瓦斯事故发生。

2.2 采空区和空巷位置探测

2.2.1 已知采空区和空巷探测

1）对于井工开采的采空区和空巷，首先依据井上下对照图、底板等高线图以及物探探测结果进行分析研究，同时结合实际揭露不同煤层的顶、底板标志层等，标测采空区位置；然后采用轮廓线法圈定采空区和空巷区域，布置并施工探测钻孔进行验证，探测程序如下：①地质部门下达采空区和空巷探测通知单，预计采空区和空巷埋深；②当作业至已知采空区原煤层顶板和空巷轮廓线法向距离20 m时，第1次施工穿层探测钻孔进行预报，准确确定采空区和空巷至地表的垂直厚度（明确岩层和煤层的厚度），并利用探测钻孔取采空区和空巷气样，分析气体成分；③当剥离至已知采空区原煤层顶板和空巷轮廓线法向距离10 m位置时，第2次施工穿层探测钻孔（根据单次爆破面积确定钻孔间距及数量）进行采空区和空巷探测，采用轮廓线法圈定采空区和空巷的范围，并利用探测钻孔取采空区气样，分析气体成分；④在爆破钻孔距采空区、空巷安全岩柱的厚度不得小于2 m的前提下，第3次分析测定采空区和空巷的气体成分，当瓦斯浓度小于1%时，采取安全措施揭露采空区和空巷。当瓦斯浓度大于或等于1%时，采取瓦斯防治措施。

2）对于空巷探测，巷道宽度取2～6 m，探测孔终孔间距取1.5 m。图1中a表示的是倾斜钻孔与地表垂直钻孔的夹角；h表示的是地表到空巷的垂直探测距离，b表示的是倾斜探测钻孔相对于垂直探测钻孔的偏移距离。

图1 空巷探测钻孔布置示意图

2.2.2 未知采空区和空巷探测

对于未知的采空区及空巷，首先采用地质雷达进行全区或局部探测，最后对探测异常区进行钻探验证，探测钻孔的布置采用轮廓线线法圈定采空区和空巷区域，探测程序如图2所示。

图2 未知采空区和空巷探测程序示意图

1）地质部门下达未知采空区及空巷探测通知单，采用地质雷达进行探测；

2）施工探测钻孔，对地质雷达探测异常区进行钻探验证；

3）当作业至未知采空区原煤层顶板和空巷轮廓线法向距离30 m时，施工穿层探测钻孔进行预报，准确确定采空区和空巷至地表的垂直厚度，并利用探测钻孔取采空区和空巷气样，分析气体成分；

4）当剥离至未知采空区原煤层顶板和空巷轮廓线法向距离20 m位置时，施工穿层探测钻孔进行采空区和空巷探测，采用轮廓线法圈定采空区和空巷的范围，并利用探测钻孔取采空区气样，分析气体成分；

5）在爆破钻孔距采空区、空巷安全岩柱的厚度不得小于2 m的前提下，第3次分析测定采空区和空巷的气体成分，当瓦斯浓度小于1%时，采取安全措施揭露采空区和空巷。当瓦斯浓度大于或等于1%时，采取瓦斯防治措施。

2.3 采空区和空巷气体测量

为防止塌孔，探测钻孔下钢管套管，套管内下放束管直至钻孔底部。采气时，根据束管长度、直径初步计算束管内部体积，根据采气泵（便携式）的能力大小，计算出需要抽排时间（束管内部体积除以采气泵能力），抽排达到要求后（束管内的气体排除完毕）开始采气，采气完毕后使用相关便携装置测试相关气体成分及浓度。

1）存在火区的采空区和空巷区域，采用色谱分析仪测试相关气体成分及浓度；

2）没有火区影响的采空区和空巷，现场直接使用相关便携装置测试相关气体成分及浓度。

2.4 采空区和空巷瓦斯防治

根据采空区和空巷的气体分析结果，采取不同的瓦斯防治措施进行采空区和空巷瓦斯治理。

1）地面移动泵抽放。利用探测孔检测采空区和空巷瓦斯和一氧化碳浓度，如果采空区和空巷没有一氧化碳等标志性气体，可采用地面移动泵站抽放瓦斯。

2）通风稀释法。对于不存在火区的采空区和空巷，特别是空巷，由于为密闭区域，其存在大量的瓦斯，可采用局部通风的方法稀释瓦斯；如果存在火区，必须首先灭火，再进行瓦斯治理。

3）自然排放。如果采空区和空巷埋藏深度较小，采用挖掘机比较容易剥离挖开的区域，可采用液压挖掘机挖开采空区，利用自然压差进行释放。

3 防止瓦斯事故安全措施

1）在有采空区和空巷的工作面采剥作业前，下达带有采空区和空巷位置的生产作业图纸，将原有井下全部巷道及采空区的位置、范围以及探查到新的采空区反映在露天采掘工程平面图上，进行井上下严格对照，并在现场进行测量标定，确定出空巷的具体位置并设置警戒区。

2）处理采空区、空巷的指挥及监护人员配备瓦斯和一氧化碳检测仪，随时监测瓦斯和一氧化碳浓度变化。经过检测，采空区和空巷内瓦斯（大于1%）及一氧化碳（大于0.002 4%）浓度超过规定要求的，必须进行瓦斯和一氧化碳释放。

3）利用钻机进行钻探过程中，严禁使用干式排渣，必须使用湿式排渣方法，防止因摩擦生热、起火而引起瓦斯爆炸事故。钻孔过程中，当出现有气体溢出、高温孔（温度大于等于50℃）或火孔时，应及时在孔口对其进行封堵。作业人员要戴好防护用品，以防止有毒有害气体中毒。

4）采空区、空巷区爆破必须保证钻孔不穿透煤层顶板，钻通采空区的，必须回填炮孔，回填至煤层顶板4 m以上位置方可进行爆破作业。如果采空区、空巷区发现明火，必须圈定温度异常区的具体位置并采取灭火措施。

5）各种设备由空巷顶板至地表垂直安全厚度规定如下，空巷厚度小于表1规定时，严禁设备作业与人员行走。采空区、空巷区顶板距地表厚度在2.0 m以下时，禁止一切人员进入该区，并做好标志。

表1 各种设备由空巷顶板至地表垂直安全厚度

6）采空区、空巷区爆破作业时，孔温超过50℃的孔时，禁止装药爆破。爆破前，必须检测瓦斯浓度，如瓦斯浓度超限则必须进行排放。严禁爆破作业。具体方法为：在该部位密集穿孔，进行瓦斯抽放，直到检测瓦斯浓度低于爆炸浓度后，方可进行爆破作业。爆破施工必须对剥离台阶宽度和高度、炮孔布置参数、警戒距离、爆破规模等要明确规定，警戒距离应不小于500 m。

4 应急处置

露天采场在生产过程中发生瓦斯事故时，立即启动瓦斯事故专项应急救援措施，及时控制灾情，并保证在最短的时间内抢救遇难、遇险人员或抢修机电设备，及时恢复各系统的正常运转，最大限度地减少灾害事故造成的损失。瓦斯爆燃应急处理流程如图3所示。

5 结论

汝箕沟矿区灾害严重的煤矿在井工开采改露天复采过程中，探索出老巷采空区防治标准作业流程，采取物探、钻探等技术手段加强空区和瓦斯管控，安全可靠程度明显增强，不仅为矿区安全高效发展建立了技术储备，也为类似复杂地质条件矿井提供了有力的技术支撑。

图3 瓦斯爆燃应急处置流程

［1］刘记鹏，尚涛，赵俊，等.露天矿采空区分析处理［J］.现代矿业，2012（3）：103-105.

［2］蔡光琪，韩进，段力士.激光扫描仪在平朔东露天矿采空区治理中的应用［J］.露天采矿技术，2015（2）：7-9.

［3］段力士，蔡光琪，韩进.小窑采空区对东露天矿安全生产的影响及危险性分析［J］.露天采矿技术，2014（11）：94-96.

［4］王华，刘洋，汤笑飞，等.汝箕沟矿区露天开采小窑火区快速治理技术［J］.煤炭技术，2016（1）：170-172.

【责任编辑：陈毓】

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.井工开采改露天复采煤矿老巷采空区的防治措施［J］.露天采矿技术，2017，32（5）：4-7.

2017-02-19

江文平（1967—），男，宁夏固原人，高级工程师、注册安全工程师，工程硕士，现任神华宁夏煤业集团汝箕沟无烟煤分公司经理，主要从事煤矿生产经营管理工作，研究方向：煤矿开采技术。