综采工作面采空区安全管理措施研究

李双建

（西山煤电集团马兰矿，山西 古交 030205）

1 工作面概述

西山煤电集团马兰矿28305工作面位于北三盘区下组煤采区右翼，工作面走向长度为1300m，倾向长度为178m。工作面以东为右翼轨道巷、皮带巷及回风巷，以南及以西为实煤区，以北为28304工作面。工作面回采煤层为石炭系太原组8#煤层，煤层平均厚度为4.0m，工作面采用综合机械化后退式采煤法，全部垮落法处理采空区，回采煤层厚度为3.5m，截至目前工作面已回采350m。

28305工作面回采期间采用“U”型通风系统，根据28305工作面煤层柱状图显示，工作面直接顶主要为炭质泥岩，平均厚度为4.9m，该岩石层内夹杂一层2#煤层，平均厚度为0.6m，随着顶板的垮落，该煤层遗留在采空区内，对采空区安全管理存在一定安全隐患。基本顶主要以砂质泥岩为主，平均厚度为5.6m，裂隙发育。根据2016年11月国家安全生产矿用安全仪器检测检验中心对马兰矿煤样化验知：8#煤挥发分17.88%，自燃倾向性等级为Ⅱ类，为自燃煤层，自然发火期为4个月，具有爆炸性，而且煤尘挥发性高。

2 28305工作面采空区安全管理现状及问题分析

2.1 采空区安全管理现状

（1）采空区瓦斯抽采措施。28305工作面回采期间对采空区主要采用埋管进行预抽瓦斯，即在工作面上隅角处埋设抽放管路，将管路与采区临时瓦斯抽放泵站进行连接，随着工作面推移，前一根预抽管甩入采空区内并接入新的预抽管，直至工作面回采结束。

（2）采空区防灭火措施。28305工作面初步设计中采空区采用注水法进行防灭火，即在工作面回风、运输顺槽帮安装静压水管，随着工作面推移水管埋入采空区内并定期对采空区进行注水。

（3）上隅角瓦斯治理措施。28305工作面回采期间上隅角瓦斯主要通过风压作用，利用自然风流对上隅角瓦斯进行排除。

2.2 存在问题分析

（1）由于工作面回采煤层厚度为3.5m，留底煤平均厚度为0.5m，同时工作面直接顶含有厚度为0.6m煤层，回采后采空区内遗留浮煤较多，致使工作面上隅角经常出现瓦斯集聚、超限现象。在工作面前期回采期间经测定上隅角平均瓦斯浓度为0.92%，工作面回采至210m处过F7断层期间，最大瓦斯浓度为1.3%，而采用传统“U”型通风系统时，上隅角很容易产生涡旋风流，不利于上隅角瓦斯排放，瓦斯治理难度大。

（2）由于8#煤层具有自燃倾向性，传统的“U”型通风时采空区漏风量大，采空区内浮煤易自燃，采用单一的注水法进行采空区防灭火，不仅效果差且造成工作面回采期间积水量大，不利于工作面机械设备安全管理。通过安装在采空区内束管监测系统监测发现，工作面回采至280m处采空区内CO浓度为0.0025%，工作面回采至310m处时采空区内CO浓度上升至0.0053%，且随着工作面推进，采空区内CO浓度成上升趋势。

（3）初步设计中采空区采用埋管法进行瓦斯预抽，而随着工作面的推移，预抽管路随之延长，采空区顶板垮落后经常出现预抽管路砸坏、堵塞现象，而且28305工作面顶板稳定性差，裂隙发育，裂隙带富含高浓度瓦斯，采用单一埋管法进行采空区瓦斯预抽时，抽放效率低仅为12%，抽放效果差。

3 加强采空区安全管理措施研究

为了进一步加强采空区安全管理，马兰矿决定对28305工作面采空区采取分段埋管瓦斯预抽、安装“Z”型导向风障、布置高位瓦斯抽放钻孔、采空区注氮、喷洒阻化剂等方法进行采空区、上隅角瓦斯治理及采空区火灾防治。

3.1 采空区及上隅角瓦斯治理

（1）采空区分段埋管瓦斯预抽。在28305回风顺槽外围施工一条预抽瓦斯巷，两巷间距为30m，巷道每隔50m在两巷之间施工一条横贯，并在横贯内安装瓦斯抽放管路，每一个横贯内抽放管路与瓦斯巷内主管路连接，主管路与采区临时瓦斯抽放泵站连接；当横贯甩入采空区后对接抽放管路，进行采空区瓦斯预抽；工作面回采结束后及时调整风流，将瓦斯抽放巷作为下一个工作面回风巷。

（2）顶板裂隙带高位钻孔瓦斯抽放。①高位钻孔施工钻场布置在回风顺槽内位于工作面煤壁侧，钻场间距为80m，每个钻场布置三个高位钻孔（1#、2#、3#），三个钻孔成直线布置且布置在距顶板1.5m处，钻孔深度为100m，钻孔间距为1.0m。②三个钻孔与回风顺槽夹角分别为10°、20°、30°，与顶板夹角为5°，当工作面回采至距钻场10m处时，钻场停止裂隙带瓦斯抽放，并进行下一个钻场瓦斯抽放。如图1所示。

（3）安装“Z”型导向风障。为了降低采空区漏风，在工作面运输顺槽距机头端头支架20m处安装“Z”型导向风障，风障长边为20m，短边长为2.0m，风障一端与端头支架后立柱固定，另一端与非煤壁侧巷帮固定，并预留人行通道。

（4）安装“L”型柔性风道。为了加强上隅角通风，在工作面支架前探梁上吊挂一节“L”型柔性风道，风道长度为30m，Ф0.4m，利用自然通风引导部分风流至上隅角进行瓦斯排放，防止瓦斯积聚。

图1 28305工作面 采空区安全管理措施施工平面示意图

3.2 采空区综合防灭火措施

（1）防灭火束管监测系统。在工作面迎头正前向外沿回风巷保险帮铺设三芯束管150m，束管吊挂高度1m，外套一寸保护钢管，每50m布置一个采样器三通；工作面正前迎头1#支管上对接采样器，工作面推至距2#采样器三通8m时，在2#、3#束管对接采样器，工作面推至束管采样泵8m时续接三芯束管150m，以此类推直至工作面回采完毕。

（2）喷洒阻化剂系统。在设备串车上安置阻化剂泵，采用移动式喷洒阻化剂泵，选择防灭火硅胶为原料，与水的配比浓度为15%，每班向采空区喷洒阻化剂，防止采空区自然发火。

（3）注氮系统。28305工作面采用ZH-800-98型地面固定碳分子筛制氮机制氮，采用Ф108mm钢管作为注氮管路并埋设在上隅角处，管路在采空区埋设长度不得低于50m，注氮时管路出口压力不得低于0.6%，注氮量为420m3/h，氮气浓度不得低于97%。

3.3 应用效果分析

（1）通过对采空区及上隅角采取联合瓦斯治理措施后，有效降低了上隅角瓦斯浓度，提高了采空区瓦斯抽放效率，减少了上隅角瓦斯积聚现象，在后期回采阶段通过对上隅角及回风流中瓦斯浓度检测发现，上隅角瓦斯浓度控制在0.4%以下，回风流中瓦斯浓度控制在0.7%以下，且采空区瓦斯抽放率达33%以上。

（2）28305工作面采空区采取综合防灭火措施后，有效降低了采空区内CO浓度，通过束管监测系统监测发现，采取措施后采空区内CO浓度降低至0.0015%以下，阻止了采空区内煤尘自燃现象，与传统注水法相比，防灭火效果好且减少工作面积水量。

4 结束语

西山煤电集团马兰矿通过技术研究，对28305工作面前期回采阶段采空区安全管理现状及主要存在的问题进行合理分析，并根据实际情况对采空区采取了有效的防灭火、防瓦斯综合安全管理措施，实践证明，采空区采取综合措施后，提高了采空区瓦斯抽放率，降低了上隅角瓦斯浓度，避免了因采空区防灭火措施不到位发生煤尘自燃事故，保证了工作面回采安全，取得了显著成效。