孤岛采煤工作面灾害治理技术应用

贾 毅

（陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿，陕西 黄陵 727307）

1 概况

黄陵一号煤矿属高瓦斯、水文地质条件复杂矿井，2019年测定矿井绝对瓦斯涌出量为162.67 m3/min，相对瓦斯涌出量为12.65 m3/t； 矿井正常涌水量为380 m3/h，最大涌水量为440 m3/h。625智能化综采工作面位于一号煤矿六盘区东翼，为该翼的第12个工作面，走向长度3 417 m，倾斜长度235 m。工作面再向东为十盘区，由于十盘区中部有一片区域为无煤带，为尽可能回收煤炭资源，故将无煤带以西可采煤层布置在了六盘区625工作面范围内，从而形成了625工作面自切眼以外484 m范围南侧为623工作面采空区，北侧为1001采空区的“孤岛”格局，见图1。625工作面孤岛段对应上覆地表为低林山区，沟壑纵横。

625工作面开采煤层为2号煤，平均厚度2.4 m。2号煤层瓦斯含量在1.98～3.76 m3/t之间，平均2.87 m3/t。工作面相对瓦斯涌出量为0.64 m3/t，绝对瓦斯涌出量为27.71 m3/min。625工作面回采前进行了瓦斯抽采达标评判，瓦斯预抽率达91.3%。

图1 625工作面孤岛段平面布置

625工作面煤层直接顶为粉砂岩，平均厚度6.1 m；老顶为细砂岩，平均厚度3.1 m；底板为砂质泥岩，平均厚度1.9 m。工作面采用160台ZY7800/15/30D型掩护式液压支架支护顶板，两巷采用锚网索梁支护顶板，两超前另增加迈步式超前支架加强支护,采用全部垮落法处理采空区顶板。

2 主要灾害及影响分析

孤岛工作面不同方向支承压力的迭加，是孤岛工作面开采的一个重要特点。两巷及两端头煤体受采动及相邻采空区残余应力双重影响，巷道围岩松动圈较大、压力显现更为明显，采动过程中工作面两巷围岩会处于流变状态，并且受到高应力作用而加剧变形。在一定条件下，采场顶板覆岩结构失稳会对工作面支架造成冲击荷载，形成大面积片帮，严重时会造成支架压死、设备损坏，挤出的煤体会封堵工作面出口，同时导致瓦斯和水涌出量增大等工程灾害。

625工作面孤岛段与两侧采空区保护煤柱为30 m左右，根据625工作面巷道布置，结合孤岛采煤特点，顶板灾害主要来源于625工作面采动压力以及623、1001采空区残余应力双重作用，重点影响工作面及两巷超前范围；瓦斯灾害主要来源于高位裂隙抽采效果的减弱以及相邻采空区瓦斯的涌出，重点影响工作面回风隅角；水灾害主要来源于围岩加剧变形导通623和1001采空区，由于工作面均为缓下山开采，故重点影响625工作面及两巷。

3 灾害治理措施

3.1 顶板灾害治理措施

625工作面选用160台ZY7800/15/30D型掩护式液压支架支护，根据支护强度验算：Pt=9.81 hγk=（9.81 ×3 ×2.5 ×8）=588.6 kN/m2，FZ=PtA/η =588.6×1.5×5.1/0.8=5 628 kN＜7 800 kN，支架选型满足孤岛回采期间工作面顶板支护要求。

625工作面孤岛段两巷在原锚网索梁的基础上另增加桁架支护形式锚索梁两排，并调整锚索Φ17.8 mm×10 300 mm为Φ21.8 mm×12 300 mm，纵横支护形成网格，使整体支护结构更加坚固可靠，极大的提升了支护效果，保证了孤岛回采期间两巷顶板安全，见图2。

图2 桁架结构支护

3.2 瓦斯灾害治理措施

625工作面采取以高位裂隙抽采、回风隅角埋管抽采和采前本煤层预抽为主，风排为辅的综合瓦斯治理措施。受巷道布置影响，孤岛段高位钻场布置在回风顺槽本煤层钻场内，由于工作面推进需提前拆除，极大的影响了回风隅角抽采效果。为弥补回风隅角瓦斯抽采效果的不足，一方面积极落实抽采技术措施：一是将本煤层抽采管路通过加装闸阀将其延伸至回风隅角，使其变为回风隅角辅助抽采系统； 二是在627进风顺槽距625回顺2#措施巷20 m处布置一组长距离高位裂隙抽采钻孔（布置4个，孔径为120 mm，孔深为450 m），进行高位裂隙辅助抽采； 三是在627进风顺槽正头利用探放水孔持续抽采1001采空区瓦斯。另一方面积极做好抽采管理措施：一是回采期间积极采用强放顶措施促进采空区悬顶及时垮落，促进顶板裂隙发育，提升高位裂隙抽采效果；二是回采期间严格执行钻场拆除管理规定，杜绝提前拆或者多拆；三是积极采取限制煤机速度、封堵、挂风帘导风等措施降低回风隅角瓦斯浓度；四是每天安排专人排查抽采系统，及时放水、清理出渣器、处理软风筒漏风等保证回风隅角抽采效果。通过强化抽采措施，工作面孤岛段回采时回风隅角瓦斯抽采量在0.57～0.84 m3/min之间、本煤层抽采量在9.92～11.31 m3/min之间、高位裂隙抽采量在14～20.55 m3/min之间，风排瓦斯量在2.2～3.67 m3/min之间，瓦斯抽采率达到了93%，回风隅角瓦斯浓度保持在0.8%以内，回风流瓦斯浓度保持在0.14%～0.36%之间，实现了瓦斯抽采效果达标。

图3 高位钻孔布置

3.3 水害治理措施

为防止裂隙导通623和1001采空区水致其大量涌入工作面，一方面积极采用疏放水的方式减少空区富水量：一是通过625回风顺槽掘进期间揭露5个封堵抽放钻孔，利用裂隙导通1001采空区提前一个月疏放约10 000 m3积水； 二是通过627进顺迎头水仓泄水孔提前2个多月疏放1001采空区约72 000 m3积水； 三是利用623回顺措施巷提前布置的泄水孔在625进风顺槽长期疏放623采空区水。另一方面及时完善两巷应急排水系统，在两端头处常备大功率潜水泵，并保证与排水管路可随时联通，使水害防治能力得到有效保障。

4 结语

灾害治理达标是保证综采工作面安全回采的先决条件。孤岛工作面采煤受周围采场扰动影响，灾害因素复杂，不确定因素较多，因此孤岛采煤灾害治理要结合回采工作面实际，科学分析可能发生的主要灾害及成因，积极采取有效的治理措施，达到孤岛工作面安全回采的目的。625智能化综采工作面孤岛回采灾害治理措施的成功实践，为黄陵一号煤矿孤岛工作面回采技术研究提供了宝贵经验，同时也为进一步优化孤岛工作面采煤灾害治理技术并推广应用提供了有力的技术支撑。