忻州窑矿灾害综合治理技术

李海龙

0 引言

矿井的五大自然灾害（水、火、瓦斯、煤尘、顶板）是煤矿安全生产的顽症，严重的制约了矿井安全，影响了煤矿的高效生产。国内外高度重视，就此进行一系列的课题研究，但每个科技成果的应用，都要进行再创新，研究适合本矿井灾害的综合治理技术，通过采用新技术、新材料、新工艺现场解决实际中存在的灾害隐患[1]。同煤集团忻州窑矿有近百年的开采历史，地质及现有开采条件复杂，多煤层开采，地表裂缝纵横交错，大面积采空区，孤岛煤柱及采区压力大，造成水、火、瓦斯、冲击矿压灾害日渐突显，严重的影响了忻州窑矿的安全生产。

1 灾害分析

1.1 采空区积水

忻州窑矿井田内无常年地表水体，仅有季节性沟谷通过[2]。由于侏罗系煤层的大面积开采，在采空区上方形成众多塌陷裂隙，含水层、隔水层均已遭到破坏。当煤层全部开采结束后，上下含水层成为一个整体，14-3#煤层赋存范围内的上层采空区成为地下水汇集的一个天然“大水库”。[3]现忻州窑矿有较大采空积水区5 处，共计积水量50 万m3。忻州窑矿现主要开采14-3#煤层，因此采空区积水是忻州窑矿的灾害之一。

1.2 自燃隐患

忻州窑矿煤层自然倾向性鉴定为易自燃煤层，自然发火期为57 d，煤层本身具有自然发火隐患，并且由于矿井多年开采，采空区面积不断扩大，地表破坏比较严重，地表裂缝较多，地面有不同程度的塌陷区。今年矿井对地表进行裂缝调查，原有裂缝经过填充大多完好，局部有开裂，塌陷现象，但每年都会有新的地表裂缝产生，地表裂缝与井下采区及采空区形成漏风通道，是造成井下火灾的重要原因。忻州窑矿通过相应治理，现无火区存在[4]。

1.3 采空区瓦斯

忻州窑矿历年来瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井，但煤体内瓦斯赋存量并不大。由于矿井开采年限长，目前开采煤层上覆全部为采空区[5]。采空区内的瓦斯赋存量较大，采空区随开采地应力的变化与生产区会形成裂隙，积聚的瓦斯由裂隙进入生产区，对生产区的瓦斯含量造成影响；综采工作面为“两硬”开采，从岩石破坏角度分析确定了冒落带、裂隙带、弯曲下沉带[6]。但在“两硬”条件下的综放工作面上覆岩层活动的“三带”不明显，导致综采工作面回采采空区内的空间较大，大量瓦斯积聚在采空区内，综采工作面向前推进时，随顶板垮落综采工作面瓦斯涌出量会异常增大；忻州窑矿903 盘区存在1 条宽约80 m 的地质破碎带贯穿整个盘区，破碎带裂隙内赋存大量瓦斯，在回采期间，此段区域内瓦斯含量异常增大。

1.4 冲击矿压

忻州窑矿现主采煤层为14-3#煤层，随开采深度的不断增加，冲击矿压灾害越来越严重，近年来冲击矿压显现增多。已经成为制约生产和安全的主要重大灾害[7]。西二903 盘区由于存在1 条80 m 宽的破碎冲击矿压造成巷道变形、支护失效、断面缩小等隐患，已成为威胁安全生产的灾害之一。忻州窑矿在治理前能量大于等于105J 的冲击矿压每年平均发生5～6 次，通过采取大直径卸压孔、巷道底板的卸压槽以及邻面断顶爆破等综合治理措施实施，能量大于等于105J 的冲击矿压再未发生。

2 灾害综合治理技术

2.1 地表裂隙调查及回填

忻州窑矿在每年的雨季来临之前，季节交替及日常检查中，都要对地表的裂隙进行检查，发现裂隙及塌陷区域，要及时进行回填。具体作用如下：

（1）由于煤矿多年来的开采，采空区面积不断扩大，地表破坏比较严重，地表裂缝较多，地面有不同程度的塌陷区，因此地表水成为井田的地下水的又一补给来源，地面裂隙和塌陷区的回填，能够防止地表水的补给；

（2）地表裂隙和塌陷区的形成，使地面与井下形成漏风通道，增加了矿井的外部漏风率，地面裂隙和塌陷区的回填能够减少矿井的外部漏风，提高矿井风量的有效利用率；

（3）地表裂隙和塌陷区与井下采空区存在漏风通道，给采空区内补给氧气，造成采空区内煤炭自燃，回填能够减少由矿井漏风引起的矿井火灾。

2.2 冲击矿压探测和监测监控

忻州窑矿采用微震法、矿压观测法、电磁辐射法、钻屑法和综合指数法多种监测、检测手段相结合进行冲击矿压的预测预报。具体作用如下:

（1）对微震及矿压监测数据进行分析，若判断作业点有冲击危险时要及时通知调度室和生产队组进行防治，防止出现人员威胁；

（2）防止发生冲击矿压的巷道或者工作面巷道变形后，巷道断面缩小，风量变化引起瓦斯事故；

（3）防止冲击矿压使采空区出现漏风通道，使采空区内的瓦斯会下泄，导致瓦斯事故的发生；

（4）冲击矿压导致采空区漏风，采空区内氧气的补给，造成采空区内自燃；

（5）能够防止因冲击矿压引起破坏通风设施，导致通风系统失效，引起矿井通风事故的发生。

2.3 地面灌浆系统

忻州窑矿在每个盘区对应的地面都设有地面集中灌浆孔，通过井下的集中灌浆管路，每年春季开始向井下采空区及有自然发火隐患的采空区灌注黄泥浆。具体作用如下：

（1）消除了采空区的自然发火隐患的隐患，灌注黄泥浆，一是黄泥浆覆盖在煤炭表面，减少了煤与氧气的接触面积，二是能够消除井下采空区内的高温点，杜绝矿井自然发火隐患。

（2）能够回填井下采空区，通过灌注黄泥浆，黄泥浆沉淀积累在采空区内，使井下的采空区能够部分回填，减少了地表裂缝和地表塌陷。

2.4 小窑废旧井筒改造风井

忻州窑矿903 盘区在风量紧张的情况下，利用原刘官庄废旧斜井进行改造，增加刘官庄风井，使矿井各盘区实现独立通风的通风系统。具体作用如下：

（1）使忻州窑矿各盘区均实现了分盘区的独立通风系统，保证了各盘区的系统稳定；

（2）增加盘区风量，能够稀释矿井瓦斯，保证了矿井的安全生产；

（3）保证了矿井的通风能力，能够为队组的采掘接替提供足够的风量保障，从而使采掘接替正常。

2.5 破碎带永固S 材料充填

忻州窑矿903 盘区存在断层破碎带，在破碎带区域内向煤体内施工钻孔，向煤体内灌注永固S 材料。具体作用如下：

（1）能够加强掘进巷道的支护，杜绝巷道应破碎带出现支护事故；

（2）使破碎带区域内的煤岩体胶结成受力整体，保证了回采机组过此段区域内支架的顺利推进；

（3）材料能渗入煤体裂隙及煤体孔隙中，提前将瓦斯置换出煤体，以减少回采时的瓦斯涌出量。

2.6 煤体注水

忻州窑矿每个回采工作面均施工有煤体注水孔，并在回采工作面开采1 个月以前注水，煤体注水解决了降尘、减少冲击矿压和置换煤体内瓦斯的矿井灾害。具体作用如下：

（1）使煤体完全湿润，在回采时能够降低工作面的煤尘，从源头上降低煤尘浓度；

（2）煤层注水后总含水率不得小于4%，必要时进行底板注水以降低煤层的冲击矿压危险程度；

（3）水进入煤体裂隙和孔隙中，置换出煤体内的瓦斯，降低了回采工作面的瓦斯涌出量。

2.7 回采工作面五巷布置

忻州窑矿903 盘区回采工作面为“两硬”开采，煤体硬、顶板硬，903 盘区综采工作面采用五巷布置，五巷布置通风系统为“三进两回”（Ⅱ+U+Ⅰ）。即沿煤层底板布置两条顺槽巷作为皮带进风巷和运料回风巷，沿煤层顶板布置两条中间预爆破工艺巷为进风巷。具体作用如下：

（1）五巷布置能够增加工作面的风量，稀释综采工作面的瓦斯浓度；

（2）顶回风巷的设置，使上隅角的风向流向顶回风巷，彻底解决了上隅角瓦斯超限问题；

（3）两条中间工艺巷，解决了回采时“两硬”引起的放顶问题，提高了回采时煤炭的回收率。

2.8 均压开采

忻州窑矿305 盘区为11#和14#层煤为近距离开采，由于受冲击矿压等诸多因素的影响，造成巷道煤柱压裂、顶板离层、地表下陷、密闭严重压损，致使采空区与地表、相邻采空区、煤层与煤层间均存在漏风通道，矿井在开采此盘区时均采用均压防灭火技术。具体作用如下：

（1）均压防灭火技术的应用，能够防止由于漏风导致的采空区内煤体自燃隐患的发生；

（2）均压防灭火技术可以防止上层采空区的有害气体下泄到回采工作面，发生有害气体中毒事故。

3 结语

通过对各种灾害做出分析并实施相应措施。多年来矿井从未发生过水、火、瓦斯、冲击矿压事故，保证了矿井的安全生产。

[1]郭建伟，刘庆锋，路金萍.近距离保护层综采工作面瓦斯来源分析[J].中州煤炭，2007（5）:77-78+83.

[2]陈爱和.采煤工作面瓦斯来源分析与综合治理[J].煤矿开采，1998.（3）:55-57.

[3]邹吉社.复杂条件矿井灾害综合治理技术[J].中国煤炭科技，2012.（3）：214-215.

[4]刘镜松，郑德彬.地质灾害综合治理技术[J].科技信息，2002（2）:35-37.

[5]孟凡龙.“两硬”综放工作面综合防灭火技术[J].煤炭工程，2007（10）:58-60.

[6]宋文忠.分层综采工作面的综合防灭火技术[J].煤矿安全，2002（2）:20-22.

[7]窦林名，何学秋.煤矿冲击矿压分级预测研究[J].中国矿业大学学报，2007（6）：717-722.