复合灾害倾斜煤层综放工作面安全高效开采技术应用

薛靖

摘要：本文主要介绍了复合灾害倾斜煤层综放工作面在高瓦斯、冲击地压、大倾角等地质条件复杂情况下实现安全高效开采技术，为类似地质条件下矿井安全高效开采提供了技术保障，技术经验予以推广应用。

关键词：大倾角；高瓦斯；冲击地压；开采技术

1概况

兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿为倾斜厚煤层开采，采用长壁后退式综采放顶煤采煤方法。矿井可采煤层2层，分别为4-5、9-15号煤层，煤层厚度均在6m以上，煤层倾角均在23°以上。

（4-5）04综放工作面布置在4-5煤层中，设计走向长度2636m，倾斜长度180m，平均倾角25°以上，平均煤厚6.15m。4-5号煤层顶板多为粉砂岩，局部为泥岩；经鉴定4-5号煤层顶底板岩层为具有冲击倾向性，其瓦斯含量较高，透气性系数低，属于较难抽煤层，瓦斯压力0.5MPa，瓦斯相对涌出量为5.63m?/t，瓦斯绝对涌出量为16.67m?/min，为高瓦斯矿井。

2 灾害防治技术应用

2.1瓦斯灾害防治技术

采用以顶板高位钻场布置走向钻孔预抽裂隙带及冒落带瓦斯为主，回风隅角埋管抽放采空区瓦斯为辅的综合瓦斯治理方法。高位钻场采取高负压抽放，埋管采取低负压抽放。地面建立瓦斯抽放泵站，安设4台瓦斯抽放泵，抽放泵之间利用闸阀管路控制实现相互串联抽放。

2.1.1高位钻场抽放

高位钻场布置在工作面轨道顺槽回采侧，间距为65m，按45°上山掘进至煤层顶板，见岩变平施工抽放硐室，抽放硐室深度4m、宽度3.6m、高度2.6m。高位钻孔终孔位置布置在工作面上部煤层顶板上方22～28m冒落带内，能有效抽放瓦斯，钻孔压茬不小于30m。

2.1.2埋管抽放

上隅角预先安设埋管，抽放上隅角积聚瓦斯。轨道顺槽φ426mm抽放主管路与φ219mm抽放支管连接，支管末端直接连接埋管，埋管垂直立于巷道，间距为12m，当第一趟埋管进入采空区12m时开始抽放瓦斯，当第一趟埋管进入采空区24m时断开此趟管路，第二趟埋管开始抽放瓦斯，依次不断向前延接，交替循环进行抽放上隅角瓦斯。埋管管身呈筛孔状，采用过滤网保护，以防煤渣吸入。如图2所示。

2.2冲击地压灾害防治技术

根据工作面开采条件和地质条件的分析，回采前确定可能诱发冲击地压的致灾因素，划分冲击危险区域，编制工作面防冲安全评估和防冲治理方案，制定专项防冲安全技术措施，通过监测预警和卸压解危，杜绝回采过程中冲击地压事故发生。

2.2.1监测预警技术

（1）钻屑法监测

钻孔布置。在两顺槽超前工作面煤壁10～40m范围，在顺槽两帮进行钻屑法监测，遇断层等应力集中区域时，加大监测范围。钻孔的布置以打钻时出粉顺利为原则，钻孔必须布置在煤层中。

冲击危险的判定。钻屑量超过临界煤粉量，或在钻孔过程中出现较为严重的的卡钻，吸钻及声响等动力效应，则判定应力集中，具备发生冲击危险的条件，须在原钻孔附近施工验证孔，距原钻孔3m施工再施工1个钻孔，以检验原钻孔煤粉量的可靠性。超过指标，必须卸压解危。

（2）应力在线监测

监测孔布置。采用KJ550型应力在线监测系统对工作面进行24h监测，矿调度室视频在线监测。在顺槽内距工作面煤壁30m开始布置测点，两顺槽各布置10组，共20组。每组间距25m，每组布置2个监测孔，浅孔深10m，深孔深14m，钻孔方法同钻屑法钻孔，测点位置随工作面回采移动，保证监测有效范围超前煤壁不少于200m。

监测系统预警临界指标。不发生冲击地压准则：所有测点均小于预警值；当有一组黄色预警，加过程判断，三天内无明显增加；一组红色预警加过程判断，一天内无明显增加，变化小或下降，钻屑量不超标；发生冲击地压准则：两组及以上红色预警；两组及以上黄色预警加钻屑量超标或动压明显；一组红色预警加过程判断，一天内明显增加且钻屑量超标或动压明显。

2.2.2卸压解危技术

（1）大孔径卸压

对划分的冲击危险区域超前工作面煤壁200m进行卸压解危。

（2）爆破卸压

爆破卸压主要用于处理巷道底煤，沿巷道走向进行断底。断底采用一排爆破钻孔，在巷道右底角沿走向方向进行断底，孔间距5m，钻孔角度为-65°，爆破孔孔径42mm，单孔装药量0.6kg，正向起爆，孔内并联、孔外串联连线，一次装药一次起爆。爆破孔应紧跟迎头施工，滞后迎头不大于5m。

2.2.3解危效果检验

钻屑法。再将同一位置解危后的煤粉量与解危前的进行比较，确定应力降低的幅度，从而判断解危效果。如果卸压后煤粉量没有明显下降或仍在临界值以上时，继续卸压，直至再次检验冲击危险解除为止。

应力监测法。利用KJ550冲击地压在线监测系统监测数据判断卸压效果。如果卸压后应力值没有明显下降或仍在临界值以上时，继续卸压，直至再次检验冲击危险解除为止。

3 倾斜煤层开采工艺技术

通过控制工作面设备上窜下滑、安设采煤机电缆防滑拖移装置、实现远距离供电供液系统、采取双向割煤等回采工艺技术，实现了工作面安全高效开采。

3.1设备上窜下滑控制技术

工作面回采期间，“支架—围岩”系统的不稳定性，特别是形成的变形大及倾斜方向的动荷载，使工作面设备容易上窜下滑、液压支架歪倒。采取液压支架侧护板分离控制，割煤进刀方式、移架、推溜顺序等回采工艺的改进，能有效控制大倾角工作面上窜下滑，从而提供单产水平。

3.1.1液压支架侧护板分离控制技术

经过理论研究，要改变液压支架与运输机的角度，必须在液压支架底座箱不动的前提下，使液压支架以某一点作圆弧运动，将液压支架下侧顶梁侧推千斤顶和掩护架侧推千斤顶由原1组操作手把控制，改为2组操作手把分别控制顶梁侧推千斤顶和掩护架侧推千斤顶，以实现在移架过程中利用两个侧推千斤顶调整液压支架的形态，从而调整液压支架与运输机的夹角。

3.1.2开采工艺控制技术

当工作面设备出现上窜现象时，采用单向、自上而下顺序推移前部运输机，自下而上的顺序割煤、拉移支架；当工作面设备出现下滑现象时，采用单向、自下而上顺序推移前部运输机，自上而下的顺序割煤、拉移支架。

3.2电缆防滑拖移装置控制技术

采煤机电缆防滑拖移装置，采用一组动滑轮、三组定滑轮和牵引钢丝绳共同组成，依靠牵引钢丝绳将电缆防滑装置和采煤机联成一个整体。采煤机电缆敷设至60号液压支架处，采煤机上行或下行割煤时，电缆始终保持3層，采煤机上行至机尾时，电缆完全展开，电缆防滑装置实现全自动收放电缆功能，成功解决电缆急速下滑问题。有效遏制损坏采煤机电缆和伤人事故的发生，大大提高工作面日产效率，同时实现辅助清理电缆槽内大块煤矸石，减轻劳动强度和减少用工；提高采煤机割煤速度和效益。

参考文献

[1]国家煤矿安全监察局.防治煤矿冲击地压细则.煤炭工业出版社，2018（5）.

[2]安徽徽州地质安全研究股份有限公司.兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿生产地质报告，2017（1）.

（作者单位：兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿）