1 矿井概况
中煤新集二矿位于淮南市凤台县城西约12km，井田面积约22km2。矿井于1996年10月正式投产，2011年核定生产能力为2.9Mt/a。矿井现有三个立井：主井、副井、风井，全部布置在工业广场范围内。采用立井、主石门、多水平、集中运输大巷开拓方式。矿井可采煤层共13层，其中1、6、8、11、13-1煤为主采煤层。矿井为煤与瓦斯突出矿井，1、4、5、6、8、13-1煤层为突出煤层。
2 工作面概况
2.1 工作面基本情况
211113工作面位于矿井二水平中央采区西翼，工作面开采上限标高：-565.2m，下限标高：-633.3m。工作面风巷可采长度370m左右，机巷可采长度385.8m左右，工作面倾斜长57～98m左右，工作面可采斜面积约37115.8m2。
211113工作面瓦斯涌出主要来源于本煤层及临近层。根据预计工作面瓦斯涌出量13.44m3/min，工作面采用U型通风方式，配风量不低于1504m3/min。
2.2 工作面地质及煤层顶底板情况
工作面所属的11煤为黑色、粉末状、碎块状，油脂光泽，亮煤为主，暗煤次之，为半亮型煤，煤层结构复杂，普遍发育1～2层泥岩夹矸。11煤厚1.0（0.1）1.7（0.4）1.0m。工作面直接顶为石英砂岩，平均厚3.5m，灰色～灰白色，长石为主，石英次之，细粒结构，断面粗糙，见黄铁矿膜，颗粒圆状，局部发育为粉砂岩，岩体完整性好，强度高。
2.3 工作面回采工艺
211113工作面采用综合机械化采煤工艺，走向长壁后退式采煤方法，全部垮落法管理采空区顶板。
3 211113工作面瓦斯治理及火灾防治
211113工作面顶板主要为石英砂岩，内含黄铁矿膜，岩体完整性好，强度高，在初采及正常回采期间可能存在采空区顶板垮落不充分，出现一定面积的悬顶，造成采空区瓦斯积聚，同时在直接顶垮落过程中岩石磨擦产生火花，可能会引起采空区积聚的瓦斯出现燃烧、爆炸等现象，造成较大的瓦斯事故。为解决工作面回采期间瓦斯、火等灾害，避免事故的发生，通过采取顶板超前深孔预裂爆破、强化瓦斯抽采、采空区洒水雾化、支架管理等一系列措施，确保工作面安全顺利回采。
3.1 顶板超前深孔预裂爆破
211113工作面煤层直接顶板为石英砂岩，厚度0.6-7.0m，平均3.5m，石英砂岩强度较大，工作面回采后顶板难以垮落。为避免工作面出现悬顶现象，并根据211113工作面顶板实际情况决定在211113工作面回采前提前对坚硬顶板进行深孔预裂爆破。
3.1.1 爆破方法
采用钻孔直径为75mm的钻机打眼，炸药选用直径为63mm的煤矿瓦斯抽采水胶药柱（即由特制的三级煤矿许用水胶炸药制作而成的深孔爆破药柱，每米3.3kg）。雷管采用煤矿许用电雷管起爆。
3.1.2 爆破方案
第一阶段：211113初采工作面倾斜长约65m，走向长度约105m，且顶板岩层倾角较大，岩石坚硬，针对211113初次工作面即刀把型工作面面，初步设计为在211113上提机巷布置三组炮孔，其中1-1组炮孔布置6个炮眼，2-2组布置4个炮眼，3-3组布置3个炮眼，每个炮眼间距为1.5m。
强制放顶位置为距离工作面5m处开始布眼，布眼为从工作面前方5m处开始，每隔20m布设一组炮眼。211113上提机巷炮眼剖面图如图1所示：
第二阶段：21113工作面上、下切眼对接后，工作面面长增加，同时根据预想地质剖面图预测，对接后采场顶板岩层发生一定变化，直接顶石英砂岩厚度逐渐变薄，由之前的7m变化为2.4m左右，同时在对接后工作面前方存在交叉断层构造，其中F1111-11断层斜切整个工作面。为保证在上下工作面对接后，工作面回采顶板周期来压正常，设计在211113上提机巷，对接工作面前方5m处布置一组炮孔，同时隔10m再布置一组炮孔。
3.2 瓦斯治理措施
经过统计分析，211113工作面瓦斯涌出主要来源于本煤层及临近层。预计工作面瓦斯涌出量13.44m3/min，工作面采用U型通风方式，配风量不低于1504m3/min。根据煤层赋存条件、瓦斯涌出构成和巷道布置形式，采用顶板走向钻孔及上隅角埋管的综合瓦斯抽采方法。
3.2.1 瓦斯抽采措施
煤层开采后，在上覆岩层中形成两类裂隙：层间离层间隙和垂直穿层裂隙。离层裂隙的分布呈现两个阶段：第一阶段，从开切眼开始，随着工作面的推进，离层裂隙不断增大，倾斜方向上采空区中部离层裂隙最发育；第二阶段，从采空区中部离层率下降开始，在顶板卸压范围内的任意高度处的水平面内，位于采空区中部离层裂隙基本被压实，而在采空区周围存在一连通的离层裂隙发育区，该区内穿层裂隙也较为发育，它是由倾向的最大弯曲区和走向离层区连通而成，无论沿采空区走向还是倾向，“两带”裂隙在两侧煤柱边缘都是以向内的倾角（即卸压角）往上发展的，其形态呈梯形特征，形成了采动裂隙的“O”型圈，在采动裂隙的“O”型圈内层间离层裂隙和穿层裂隙均较为发育，形成了瓦斯积聚和流动的场所。将抽采钻孔布置在裂隙发育且能长时间保持的区域，将有利于卸压瓦斯渗流到抽采钻孔，可以保证钻孔抽采时间长、范围大、效果好。
根据顶板三带考察结果结合以往顶板走向钻孔设计经验，211113工作面顶板走向钻孔终孔点布置在风巷中线至工作面平距35m范围，终孔距煤层顶板15～30m，其中首个钻场设计施工高低层位钻孔治理工作面回采初期瓦斯。
在工作面回采过程中，通过对顶板走向钻孔抽采数据的分析，考察该工作面顶板裂隙带范围，并对后续钻场顶板走向钻孔设计进行优化。结合钻孔浓度大于10%的变化曲线，得出顶板钻孔层位与平距线性关系。根据顶板走向钻孔层位控制随钻孔距工作面平距的增加线性变化，随着钻孔距风巷平距增加控制煤顶距增高，达到最高点之后随着平距增加钻孔控制层位基本不变。当钻孔控制在距风巷平距L时，分别有对应的最小控制层位及最高控制层位，处于该范围内的抽采效果最佳，钻孔控制最高层位30m。风巷后续钻场内顶板钻孔设计高低层位，最高层位30m，最低层位10m，钻孔终孔点控制在风巷中线至工作面平距35m，经过优化设计施工及钻孔抽采调整后，工作面钻孔抽采管路内瓦斯浓度由15%左右提高到25%左右。
3.2.2 瓦斯治理效果
通过对工作面回采期风排瓦斯量和瓦斯抽采浓度进行统计分析，表明工作面回风及采空区瓦斯得到了很好的治理。从表1能明显看出，通过采用风巷顶板走向钻孔、上隅角埋管治理工作面瓦斯，抽采率较高，抽采效果较好，有效地治理了工作面的瓦斯。
表1 工作面瓦斯治理情况
3.3 火灾防治措施
燃烧或者爆炸的发生需要满足三个方面的条件：可燃物、热源、氧气，通常称为三要素。只有在三要素同时具备的条件下，事故才有可能发生。三要素也为防火工作明确了思路，一切防火技术都是围绕着三要素展开，其中目的就是为了消除三要素中的任何一个或者全部，如向采空区内灌注黄泥浆、对采空区洒水喷雾等，就是为起到降温消除热源作用；如注惰性气体（CO2、N2等），则是为降低氧气浓度，使之缺少氧气。
3.3.1 采空区洒水喷雾措施
在工作面安装支架前，提前对综采支架进行改造，在支架后侧安设焊接喷雾装置（见图2），并与工作面水源连接，可以做到对工作面采空区侧进行洒水喷雾，支架工拉移支架时架后喷雾要全部开启，以湿润采空区空气以及增加冒落岩石表面的湿润度。同时利用6分钢管制作喷雾伸入支架后方向架后采空区洒（注）水，湿润采空区空气以及顶板掉落岩石。
图2 工作面综采支架架后喷雾设置示意图
3.3.2 采空区防灭火技术措施
工作面回采前提前向采空区上隅角预埋灌浆管路、下隅角预埋注氮管路，工作面推进20m后，利用上隅角灌浆管路对采空区采取灌浆措施，对采空区气体及岩（遗煤）进行湿润；同时通过下隅角预埋的注氮管路对采空区实施连续性注氮措施，置换采空区气体，降低采空区氧气浓度。
当采空区悬顶面积走向超过5m或倾向超过20m，总面积超过50m2时，要立即停止工作面作业，采取强制放顶措施；并通过工作面下隅角埋管对采空区进行注液态CO2，利用液态CO2气的降温、体积膨胀等性能，改变采空区内气体成分，降低采空区氧气、瓦斯浓度。
3.3.2 支架管理辅助措施
工作面在煤壁不片帮的情况下，工作面每间隔2架采取升、降支架辅助采空区顶板垮落。每次升、降架的幅度不得超过100mm。拉架前要安排人员对悬顶区域每台支架架后进行洒水，防止拉移过程中支架护帮板摩擦产生火花。工作面上出口支架推移时，必须及时派专人洒水灭尘，对上隅角四周及上端头支架顶部洒水充分润湿，同时润湿煤体，以防碰撞产生火花。加强悬顶区域顶板观察，工作面存在悬顶期间要适当降低工作面推进度，使支架拉移过后老塘侧顶板有足够的垮落时间，使顶板充分冒落，减少瓦斯积聚空间。
4 结语
针对坚硬顶板采取顶板超前深孔预裂爆破，避免出现采空区悬顶，不给瓦斯大量积聚创造空间；在瓦斯治理方面做到“应抽尽抽”，最大程度对采空区瓦斯进行抽采，避免采空区出现高浓度瓦斯积聚；在火灾防治方面做到尽最大能力降低或消灭采空区出现火源的可能性，避免造成瓦斯燃烧（爆炸）三要素同时出现。通过上述措施的制定和落实，211113工作面实现安全顺利回采，标志着中煤新集二矿在坚硬顶板条件下的瓦斯、火灾的综合防治取得了良好的效果，也积累了一定的经验，同时也为下一步开采其他类似地质条件的工作面提供了借鉴。
参考文献
[1]王德明．矿井火灾学[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2008．
[2]于不凡．煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M]．北京：煤炭工业出版社，2005．
