厚煤层综放开采安全技术研究

刘书华 侍大军

（兖矿集团兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿，山东 济宁272000）

随着煤矿综放开采技术的广泛应用，我国煤矿开采效率和煤矿企业效益显著提升。一个年产量达到600 万吨的矿井通常可以一矿一面，因此，确保综放开采过程中的安全非常关键。煤矿综放开采过程中会在采空区残留大量的煤，具有较大的下落高度以及严重的漏风现象，带来许多安全问题，例如火灾，瓦斯爆炸、粉尘污染等。据统计我国煤矿中超过一半的综采面存在自燃的危险，严重威胁着煤矿的安全生产。如阳泉一号煤矿曾经发生火灾事故，就是由于自燃造成的严重火灾，造成巨大的经济损失。为有效保障煤矿安全开采，需要对具有易自燃特点厚煤层综放开采安全技术进行深入研究，基于此，本文分析了防治综采煤层自燃技术，这对于确保的综采安全来说具有非常重要的意义。

1 综采工作面概况

完全机械化的9315 综采工作面位于矿井西翼，上部边界为9313 综采工作面隔离煤柱，下部边界为未开采的9318 综采工作面隔离煤柱。9315 综采工作面煤层为原始煤层，回风顺槽长970m，运输顺槽长945m，可采走向775m，倾斜长96m-125m，平均106m，倾角55°，可采煤量983，000 吨。工作面采用倾斜特厚煤层走向长壁综采放顶煤采煤法一次采全高，全部垮落法管理顶板。综采工作面9315 为单一煤层结构，煤层厚度平均12.6m，变化不大，煤层坚硬易碎易自，采用长壁综采放顶煤采煤法一次采全高，全部垮落法管理顶板。

2 厚煤层综采工作面巷道支护施工

支护施工基本步骤：爆破- 顶板、墙锚设置- 出货排矸-金属支撑架设置- 金属网铺设- 混凝土喷射- 底板密封处理-锚杆锚索。具体施工要点如下：

（1）采用光面爆破作为掘金方式。（2）露在孔洞外的锚杆长120mm，托盘应和巷道壁紧紧贴合，螺母拧紧扭矩不能低于185N.m。（3）安装金属支架时，电缆成对排列，螺母的拧紧扭矩不能低于350N.m。用力拉板上部排列整齐形成一条线。（4）铺设金属网时，需平直，网与网相连。（5）底板封闭，并且回填距离底板中心1250mm。

3 厚煤层综采工作面防火措施

3.1 在深度较大的矿井中，如果支护失效，巷道变形将不断增加。同时，巷道围岩的塑性区也越来越大，会产生很多裂缝，当达到一定数量就会形成煤粉自热自燃的环境条件，从而导致煤在巷道周围的裂缝中自燃。

3.2 在围岩中注入有助于提升煤体的强度和弹性系数，提高围岩的自承能力，并相对减少裂缝有助于防止煤自燃。

3.3 由于白泥的非脱水特性，使用白泥注入来封闭煤体并阻塞煤体内的孔隙是有效的。

3.4 在停产期间在综放开采工作面上部煤腔的通道中注入气态氮，以防止采空区浮煤意外自燃。

3.5 采用超强支护技术支撑巷道，以避免巷道变形。在巷道使用过程中，如果发现喷涂物有裂纹，分层、脱落的现象，应该立即进行补喷，当巷道温度上升或检测到CO 时，应及时钻孔，在孔中注入白泥浆，以确保煤体与空气隔绝。

3.6 做好工作面的安装和拆卸，并认真组织开展初采工作，以确保所有工作均能顺利进行。

3.7 必须坚持使用监控系统以及每日预报。

以上防治煤矿综放开采工作面火灾的技术具有非常理想的实际效果。在805 综放开采工作面可以结合具体情况灵活运用倾斜采煤，气压均匀的通风，工作面推进速度保持每天不少于38m，工作面前进350 m 以上从未出现煤炭自燃的迹象，这说明对综采工作面采取全面防火措施是有效的。

4 厚煤层综采工作面开采安全措施

4.1 开采前期的安全措施。（1）加快推进速度，迅速切开切口，提高回采率，尽量不要在采空区中留下浮煤。（2）每个作业班次完成作业后，需要用阻燃材料，如珍珠岩阻塞上下隅角，以阻止空气泄漏到采空区。（3）开始回采之前将氮气注入管道预先埋在运输巷道侧面的孔中，开采18m 后，开始注入氮气组织煤氧化。（4）每个作业班次都要仔细检查工作面的防火，并每天进行采样和分析，以进行有效地监控。

4.2 回采过程的安全措施。通过每月平衡生产并在工作面上保持一定速度的推进实现快速回采，可以有效防止采空区自燃。配合向采空区注氮，每隔18m 由3m 长泥堆成隔离墙，用珍珠岩密封以减少漏风和采空区氮溢出，可以有效阻止采空区煤的氧化。巷道通过圆形棚全横截面的水泥砂浆支护，并根据压力和对巷道破坏程度及时进行喷浆处理。以7-10m 的分隔角进行注浆，缩短煤暴露煤在空气中的停留时间。在巷道中超前支护，检查煤体温度，如高于30℃则泵送白泥，使其冷却，避免在高温时进入采空区。全面考虑瓦斯、温度等条件，在工作表面上合理分配空气，最大程度地减少采空区的漏风，每天测量风量，并在风量变化时及时进行调整以确保风量稳定。受季节和温度变化的影响，回采过程中的综采面配风量1200-1500m3/min。定期分析瓦斯、CO 数据，根据分析结果及时调整工作面的抽采。

4.3 开采末期的安全措施。采矿的最后阶段是准备回撤和拆卸设备的过程，也是防火最关键的时期。对工作组织，流程衔接要求更高。从在工作表面上放置网格到拆卸结束是一个复杂的工程。组织是否有序关系到煤炭自燃防治效果。805 综采面采取顺风撤架，铺网、劈帮的过程中配风量1200m3/min，回撤时配风量为680m3/min。

4.4 铺网时采空区漏风控制网之前，上隅角采空区15m 处、下隅角采空区20m 处用的白泥密闭；上隅角采空区15m、下隅角采空区20m、35 处，工作面每隔50m 处进行氮气管预埋，铺网后支架不移动，上隅角、下隅角均向采空区55m、75m 处喷浆用于堵漏，将下隅角的氮气注入管更改为35m 处注入氮气。

4.5 停采期间的安全措施。为了能随时快速恢复开采，工作面未关闭。从生产停机的第一周期开始，工作班次减少了2 倍，配风量1490m3/min 降低至780m3/min，在工作面框架侧面的方向上喷浆35 m 以控制漏风；临时添加氮气容量为580m3/h 的制氮机，将氮气注入下隅角的浅部20m 处，并分析喷涂层中的样品，氧浓度为8.0%～9.6%，有效阻塞了漏风源头，原有的制氮机为采空区处注入。

经过15 天的采样和分析，工作面上160～175 架间的一氧化碳浓度增加，但都低于80ppm，上隅角采空区内测温度升高了2.8℃，无自燃，且采矿后无异常。这证明当氮气流过煤体时可以有效降低氧气浓度并吸收了煤氧化过程中发出的热量，从而有效减慢煤的温度上升的速度，并降低环境温度，从而破坏煤氧化的条件。

综上所述，煤矿综采技术应用越来越广泛，是实现煤矿开采高产高效的有效手段。本文通过对易自燃厚煤层综放开采过程中的巷道支护施工、防火措施深入分析，提出了防止煤层自燃的新方法。其中巷道超前支护、向煤体注入白泥，喷浆、注氮等措施在确保煤矿安全生产中起着关键作用。巷道超前支护有效确保巷道围岩的稳定性，巷道在使用期间按未出现严重失修。从漏气控制的角度来看，工作表面两端每隔18m 用白泥创建一个3m 长的隔墙，用珍珠岩密封以有效控制采空区漏风。工作面上空气的合理分布，向采空区注入氮有效控制了煤的自燃，灵活运用倾斜采煤，气压均匀的通风，工作面推进速度保持每天不少于38m，工作面前进350m 以上从未出现煤炭自燃的迹象。