国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司安监局 陕西神木 719300
摘要：现阶段，我国经济处于持续发展阶段，煤矿开采行业的危险系数较高，尤其孤岛工作面回采过程中顶板及围岩管控比较困难，容易产生安全事故导致设备损坏或人员伤亡。本文主要分析了综采孤岛工作面顶板控制措施以及孤岛工作面的防灭火治理措施，旨在实时监测工作面采空区的气体情况，完善相关的管理措施，保障工作面能够进行安全高效的开采。
关键词：孤岛工作面；顶板控制；防灭火管理
引言
运用孤岛工作面开采煤矿的特点是，开采期间会受到来自不同方向叠加的支撑压力。在开采的过程当中，在高应力的作用下，会形成工作面上下巷道围岩的流变状态，该种情况将会威胁设备的正常运转以及人员的生命安全。面对综采孤岛工作面顶板控制及防灭火管理中存在的问题和不足，有必要提出一系列应对措施。
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图1 孤岛工作面布置示意图 图2 孤岛工作面前后方应力分布
1 综采孤岛工作面顶板控制措施
1.1煤矿孤岛工作面顶板事故的形成因素分析
以地质条件而言，如果煤层顶板原生裂缝受到制约作用，就会增加煤层游离岩块，随着逐步增加游离岩块的体积，基于岩块制约的回柱工作较难开展，不利于煤矿的深入作业。工人将单体支护在顶板下面，一部分不够坚硬的煤层基于外力影响而出现坍塌情况，将会导致二次崩塌出现在煤层顶部。在采掘煤时应结合现场状况设计支护结构，并且在严密计算之后才可以设计采煤机的机尾及机头位置，与此同时，有效控制支护范围中人员的活动速度以及范围，如果人员的活动范围在支护保护范围之外，那么松动会出现于矿井顶板，如果顶板岩层较为脆弱，将会导致垮落而形成顶板事故，尤其是在工作面推进过程中遇到特殊地质构造时容易发生大面积冒顶或压架事故，例如：过上覆近距离集中煤柱、薄基岩、火烧区以及邻近末采贯通时，为了使回采过程中的安全性能够提升，必须确保支护的安全支护范围。
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图3 孤岛工作面上覆岩层应力示意图 图4 孤岛工作面压力峰值的预测
1.2 孤岛工作面顶板及巷道围岩控制
1.2.1 孤岛工作面顶板
为了保证工作面的正常推进，确保回采安全，现场应采取一系列巷道维护措施。通过位移观测，掌握顶帮位移量，控制超宽度及超前扩帮的长度，保证扩帮后巷道宽度既满足生产需求，同时避免宽度过大造成人力、材料资源浪费。工作面周期来压期间，支架工必须紧跟采煤机前滚筒拉架并将支架升紧保证初撑力，推溜工在支架空顶距大的区域必须将超前支架拉出护顶，采煤机司机控制好割煤速度，出现煤壁片帮增多、悬顶面积增大等漏顶征兆时，为了保证快速推进，可以适当提高采煤机速度，在保证拉架速度和支架初撑力的情况下，增加支架工数量，实现多点拉架或隔一架、拉一架，后面支架工跟机补齐，推溜工对支架进行补压，确保初撑力。此外，当工作面出现设备故障停机时，要安排专人对支架进行二次补压，同时保证护帮板全部打开贴紧煤壁，并定期巡查工作面顶板情况，发现问题及时采取预防性措施；如果工作面顶板状况较差，要根据设备故障的处理时间，采取木点柱、单体等其他措施加固顶板和煤壁；当工作面压力显现较大时要对支架增加辅助设施，防止支架被压死。
1.2.2 孤岛工作面巷道围岩控制
由于孤岛工作面两侧均为采空区，受综合应力影响，工作面两巷受采动影响范围增大，同时巷道受压变形严重，因此，要保证巷道超前加固长度，在工作面超前采动影响未对巷道产生较大影响时对巷道进行加固，使巷道顶板下沉量和围岩变形量较小。两巷提前采取点柱加固，同时再采用菱形网和锚杆的方式对顶帮进行防护，确保顶板支护安全。重点应加强工作面过两巷超前支护等地段的顶板管理，超前支护采用单体和锚索二次支护，确保顶板完整性。
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图5 孤岛工作面巷道围岩应力示意图 图6 已采区巷道及两侧煤柱应力分布
1.3 孤岛工作面上覆采空区治理
工作面上方存在采空区时，应根据实测情况消除其中的安全隐患。实时掌控工作面回采顶板与采空区层间距。通过工作面顶板打钻施工探眼，地测部门实测工作面顶板标高与采空区底板标高相结合的方式实时掌握层间距，并在班前会上做好宣贯，回采过程中有方向、有目的的调整工作面的顶板层位，回采期间严格按照层间距控制回采顶板标高。定期探查顶板采空区情况，采空区是否垮实、采空区瓦斯及有毒有害气体浓度、采空区是否有积水等情况，指导回采方案及措施的制定。加强工作面顶板管理，按照制定的措施严格控制工作面顶板，防止工作面顶板出现大面积冒落。通过适当降低采高，增大与采空区层间距；超前拉移支架，减少顶板空顶时间和空顶距离；加强支架检修维护，确保供液系统稳定可靠，确保支架支护质量；采煤机不得长期滞留在工作面顶板破碎地段位置；割煤期间，控制采煤机割煤速度，减少对工作面顶板的剧烈扰动，减小对工作面顶板的压力，减少工作面顶板裂隙，增加工作面顶板完整性。
2 孤岛工作面防火治理
孤岛工作面开采前，经常会发生顺槽密闭墙开裂造成采空区漏风，容易发生高温氧化事故。工作面回采时，工作面局部存在丢顶煤现象，随着工作面回采，采空区垮落，存在两侧及上覆采空区相互连通的情况，因此防范范围更广泛、地点更多，防灭火工作更加困难。通过研究和分析，可在架间间隙中撒防灭火剂，随工作面推进，支架后方进入采空区后，防灭火剂与水结合形成豁质覆盖在采空区遗煤上，使煤与空气隔绝，避免遗煤发生氧化自燃。同时，对采空区连通范围内的各密闭墙可进行加固，防止密闭墙漏风。采取封堵形式，减小采空区对顺槽顶帮围岩的压力，防止顺槽煤帮变形严重，开采期间可以向采空区内注防灭火材料，抑制采空区发火风险。还要加强巷道支护强度，减少巷道围岩裂隙，避免采空区内漏风，有毒有害气体涌出。向条件具备的密闭墙内注液态二氧化碳，抑制采空区内自燃发火，随着工作面的推进，定期向采空区内灌浆。避免造成采空区与外界形成较大压差，向采空区泄漏空气，致使采空区内遗煤发生氧化自燃。
3 提高人员的安全管理意识
除了优化开采技术以外，提高人员的安全管理意识也十分重要。提高全队人员的主动管理顶板的意识，由被动向主动转变，特别是煤机司机、支架工、班长和带班队长。落实各级管理人员及岗位工的职责，当出现人为因素造成顶板管理不到位时，必须落实责任；造成顶板局部冒落时，根据现场情况必须进行追查处罚，从而不断提高岗位工及管理人员的责任心。根据周期来压预报位置与周期来压规律，协调检修班与生产班的工作任务，不得将大型检修布置在周期来压期间，在周期来压期间尽可能动态检修，并保证周期来压期间的快速推进。当工作面推进30m后，直接顶未能及时垮落时，防止采空区顶板大面积垮落形成飓风造成人员伤亡和设备损坏，必须在支架间施工炮眼二次强放或水预裂顶板，措施另行编制。此外， 严格落实好设备点检制度，合理利用检修时间处理设备隐患，防止来压期间设备故障不能及时甩压造成支架压死。
4 结论
综上所述，在综采孤岛工作面顶板控制以及防灭火治理中，需要实现综合性的监管，完善相关的采矿保护策略，除了加强员工和管理人员有关工作的技能与安全意识以外，还需要重点分析回采过程中的安全隐患问题，将相关的施工程序规范化管理，进而实现理想的孤岛工作面开采工作效果。
参考文献：
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