余學(xué)義，穆 馳，王 皓，竇林名，文 虎

(1.西安科技大學(xué) 能源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710054；3.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

孟加拉國Barapukuria煤礦(以下簡稱“孟巴礦”)是我國在孟加拉國承建的第1個(gè)煤礦，也是目前唯一的井工開采煤礦，礦井生產(chǎn)能力1.0 Mt/a，為立井單水平下山開拓。礦井地質(zhì)采礦條件復(fù)雜特殊，礦井屬于水害、沖擊礦壓、采空區(qū)遺煤自然發(fā)火等多種災(zāi)害并存的井工開采類型。在近地表賦存新近系Upper DupiTila組(簡稱UDT)承壓含水砂層，被譽(yù)為孟加拉國的地下水庫，孟巴礦煤層開采一旦破壞主要隔水層古近系Lower DupiTila組(簡稱LDT)，導(dǎo)通UDT含水層，其形成的水害對于礦井是致命的，因此保護(hù)LDT隔水層的完整性，提高UDT強(qiáng)含水層下的安全開采可靠性，降低沖擊礦壓威脅程度和減少采空區(qū)遺煤自然發(fā)火次數(shù)已經(jīng)成為孟巴礦安全生產(chǎn)亟待解決的工程技術(shù)問題。

孟巴礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜、多種災(zāi)害交織、開采難度極大，嚴(yán)重制約了孟巴礦安全開采，因此尋求一種能夠有效減輕災(zāi)害強(qiáng)度的開采模式，對于孟巴礦安全經(jīng)濟(jì)開采具有重要意義。筆者在分析孟巴礦特殊的地質(zhì)開采條件的基礎(chǔ)上，研究厚煤層分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采模式，即通過分層開采布局、開采順序，應(yīng)用限高開采、分層錯(cuò)距布置、覆巖整體沉降和避免鄰面互擾減災(zāi)原理，從源頭上降低或減輕災(zāi)害強(qiáng)度。同時(shí)針對性地制定災(zāi)害防治措施，實(shí)現(xiàn)礦井安全開采，形成孟巴礦強(qiáng)含水層下厚煤層多分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采模式。

1 礦井開采條件特殊性分析

1.1 水文地質(zhì)特殊性

孟巴井田構(gòu)造位置位于印度板塊的東北部，為岡瓦納古陸的一部分，地層特征與歐亞大陸明顯不同。石炭二疊紀(jì)煤系地層下部無奧灰，直接沉積在古老的巖漿巖和變質(zhì)巖基底上，煤系地層上部直接覆蓋巨厚的新近系、第四系地層。礦井主要水害來自頂板新近系含水層。孟巴井田主要含水層為新近紀(jì)松散含水層(UDT)和煤系含水層(圖1)。

圖1 井田地質(zhì)剖面示意

其中UDT松散含水層滲透系數(shù)可達(dá)40 m/d且補(bǔ)給充沛，可通過LDT“天窗區(qū)”直接補(bǔ)給煤系含水層，是威脅礦井水害安全的最主要含水層；UDT含水層下部的LDT隔水層對松散含水層具有一定的阻隔作用，但其在礦井北部存在大范圍“天窗”，該隔水層的穩(wěn)定性對礦井安全開采具有重要的作用。

孟巴礦地質(zhì)條件特殊性表現(xiàn)為近地表覆蓋90.70～110.00 m的松散砂巖強(qiáng)含水層(UDT)，分布邊界廣，補(bǔ)給充沛，具有不可疏排性，開采煤層屬于石炭二疊紀(jì)岡瓦納含煤地段，含煤地層為富—弱含水砂巖層組類型，基本沒有泥質(zhì)巖層，開采煤層埋深280～450 m，煤層厚度29.00～41.52 m，煤層傾角8°～12°，開采煤層頂板為平均厚度105.8 m的堅(jiān)硬砂巖、砂礫巖組成。LDT隔水層厚度0～65 m，呈現(xiàn)南厚北薄分布特征，在井田北部部分缺失形成透水“天窗”。岡瓦納砂巖地層受UDT補(bǔ)給，嚴(yán)重影響礦井安全開采。

1.2 覆巖結(jié)構(gòu)特殊性

孟巴礦覆巖結(jié)構(gòu)特殊性主要表現(xiàn)為3個(gè)方面：① 礦井覆巖整體呈現(xiàn)為上軟下硬的結(jié)構(gòu)特征，軟是指厚度較大的新近紀(jì)松散層，是礦井的主要含水層，其力學(xué)表現(xiàn)為對覆巖的加載作用，也使覆巖受到較大的靜載荷，受到高應(yīng)力作用下，煤層開采時(shí)會(huì)增加覆巖破壞范圍，有利于水體的流動(dòng)，增大了礦井受水害的威脅程度。② 礦井巖體的完整性較好，是覆巖內(nèi)工程地質(zhì)條件穩(wěn)定性較好的巖組，主采煤層Ⅵ煤砂巖頂板厚度大，盡管其抗壓強(qiáng)度不是很大，但是分層厚度大，整體性強(qiáng)，在覆巖變形破壞中表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度特征，煤層初次開采頂板破壞為大塊形狀垮落，是典型的岡瓦納地層硬巖破壞特征。③ 煤層堅(jiān)硬頂板容易聚積大量的勢能，會(huì)以應(yīng)力波的形式對煤巖體施加動(dòng)力載荷，從而導(dǎo)致處于應(yīng)力極限狀態(tài)的煤巖體產(chǎn)生強(qiáng)烈震動(dòng)，Ⅵ煤厚硬頂板中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)斷裂失穩(wěn)的強(qiáng)沖擊性和分層開采特厚遺煤多次氧化的強(qiáng)自燃性，形成多災(zāi)源疊加致災(zāi)的復(fù)雜礦井開采條件。

綜上分析，孟巴礦地質(zhì)條件特殊、多種災(zāi)害并存，針對礦井災(zāi)害類型的特點(diǎn)，在分析礦井特殊地質(zhì)采礦條件基礎(chǔ)上，需要對礦井致災(zāi)條件和災(zāi)害形成機(jī)理進(jìn)行分析，探究控災(zāi)條件和災(zāi)害防治技術(shù)，分析厚煤層分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采科學(xué)含義和原理，研究厚煤層分層開采覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育規(guī)律，結(jié)合主采煤層上覆巖層特點(diǎn)，分析覆巖結(jié)構(gòu)斷裂失穩(wěn)演化過程，確定孟巴礦協(xié)調(diào)減災(zāi)開采模式，避免礦井災(zāi)害發(fā)生，保證孟巴礦含水體下厚煤層分層安全開采。

2 礦井致災(zāi)和控災(zāi)條件分析

2.1 致災(zāi)條件及災(zāi)害形成機(jī)理

(1)UDT不可疏排性。UDT巖性以中砂為主，夾細(xì)砂、含礫中粗砂及薄層黏性土，黏土含量由淺而深漸增。統(tǒng)計(jì)鉆孔UDT巖性松散砂層占94%；黏土僅占4%，是地下水良好的存儲(chǔ)和滲流場所。UDT厚度大、范圍廣、補(bǔ)給充分，礦井開采對其進(jìn)行疏排幾乎不可能，開采引起UDT水體疏漏，對于礦井是毀滅性的災(zāi)害。

(2)厚硬頂板整體斷裂強(qiáng)沖擊性。孟巴礦屬于具有強(qiáng)沖擊地壓傾向的礦井，Ⅵ煤頂板主要由砂巖、長石和石英組成，具有單層厚度大、巖體強(qiáng)度高、大塊體垮落的特點(diǎn)，天然狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度6.79～55.32 MPa，平均抗壓強(qiáng)度29.1 MPa，其中距Ⅵ煤頂板65 m位置賦存有結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層，其抗壓強(qiáng)度高達(dá)55.32 MPa，而Ⅴ煤以上岡瓦納含煤地層盡管也是砂巖，但巖性較軟，平均抗壓強(qiáng)度一般在5.40～16.64 MPa(圖2)，即，除了Ⅵ煤頂板砂巖較硬外，從Ⅴ煤頂板直至UDT底板均為軟弱巖層，再往上是UDT松散層。在這種條件下，如果開采使得Ⅵ煤頂板結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層斷裂失穩(wěn)，在上覆松散層加載作用下，將產(chǎn)生巨大的動(dòng)能，導(dǎo)致沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生。

圖2 地層巖性劃分示意

(3)厚煤層分層開采遺煤多次氧化的強(qiáng)自燃性。Ⅵ煤層屬于特厚煤層，煤層自然發(fā)火期僅為18 d，受上覆的UDT強(qiáng)富水松散砂層制約，采用分層綜采(綜放)方法開采，多分層開采特厚遺煤要經(jīng)歷多次氧化，受中小斷層和張裂帶影響，采空區(qū)遺煤極易發(fā)生自燃火災(zāi)。

2.2 控災(zāi)條件分析

(1)頂板水害控災(zāi)條件。由于UDT富水性極強(qiáng)，具有不可疏排性，UDT強(qiáng)富含水層下安全開采的要點(diǎn)是減輕開采對LDT隔水層的損傷程度，保護(hù)LDT隔水層的完整性和隔水性能，開采過程中UDT水只能滲漏，不允許疏漏。UDT水體下開采的關(guān)鍵技術(shù)：一是開采覆巖導(dǎo)水裂縫帶不波及LDT，二是避免厚煤層分層開采邊界的疊加效應(yīng)導(dǎo)致LDT拉伸破壞。通過分層厚度的限制和分層整體錯(cuò)距協(xié)調(diào)布置開采，既可以控制覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，又可以轉(zhuǎn)移分層邊界應(yīng)力，避免應(yīng)力疊加形成的沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生，也能夠避免覆巖拉應(yīng)力區(qū)疊加對LDT隔水層的損傷破壞，達(dá)到保護(hù)LDT隔水層的目的，實(shí)現(xiàn)Ⅵ煤開采頂板水水害“上保下疏”，沖擊地壓動(dòng)靜轉(zhuǎn)移的防治方法。

(2)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層的控災(zāi)條件。如圖2所示，在Ⅵ煤頂板以上65 m位置賦存結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層，該關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性直接影響覆巖破壞發(fā)育高度。由此，可根據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性確定一分層開采厚度，在保證結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的條件下，既能將煤層厚硬砂巖頂板分次破壞，達(dá)到頂板斷裂能量分次釋放，又可實(shí)現(xiàn)基巖水遞進(jìn)疏放，滿足礦井排水能力小的條件。

(3)采空區(qū)遺煤自然發(fā)火控災(zāi)條件。礦井下工作面熱害嚴(yán)重，煤層涌水量很大，且二分層工作面采空區(qū)內(nèi)有大量一分層遺煤，在這種高溫高濕的復(fù)雜環(huán)境下采空區(qū)遺煤自燃規(guī)律不明。根據(jù)煤自燃程序升溫實(shí)驗(yàn)，測試高溫高濕環(huán)境對煤自燃耗氧速率、氣體產(chǎn)生率及放熱強(qiáng)度的影響，確定高溫高濕環(huán)境對孟巴礦采空區(qū)遺煤自燃影響；結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)時(shí)分析煤自燃預(yù)警等級(jí)，對下巷注氮惰化，上巷灌注粉煤灰復(fù)合膠體覆蓋煤體進(jìn)行分段封堵，降低向上層與本層鄰近采空區(qū)漏風(fēng)，防止采空區(qū)遺煤自燃。

2.3 孟巴礦井災(zāi)害防治的關(guān)鍵技術(shù)

(1)厚煤層分層開采水害防治關(guān)鍵技術(shù)。礦井Ⅵ煤開采主要的直接充水水源為Ⅵ煤及上覆岡瓦納煤系地層含水層，間接充水水源為UDT含水層，主要充水通道為煤層回采形成的導(dǎo)水裂縫帶，間接充水通道為井田北部LDT“天窗區(qū)”。根據(jù)孟巴礦水文地質(zhì)特殊條件，結(jié)合礦井生產(chǎn)過程中水害防治實(shí)踐，形成以“上保下疏”為核心的防治技術(shù)體系，關(guān)鍵技術(shù)包括：基于分層開采覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度與規(guī)律研究，通過控制分層開采高度，實(shí)現(xiàn)基巖裂隙水分段疏放，通過分層厚度控制和分層整體錯(cuò)距布置開采，保護(hù)LDT隔水層性能的有效性，滿足“上保下疏”的要求，實(shí)現(xiàn)巨厚強(qiáng)富含水沙層下厚煤層的安全開采。

(2)礦井沖擊地壓災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)。針對孟巴礦動(dòng)靜載疊加復(fù)合型沖擊地壓，從降低動(dòng)、靜載荷強(qiáng)度上進(jìn)行沖擊地壓防治。在區(qū)域先行方面，需在分層開采體系下，進(jìn)一步優(yōu)化下分層采掘工作面布設(shè)，建立分層開采錯(cuò)距布置的區(qū)域防沖體系，確保下分層采掘區(qū)域充分利用上分層解放層形成的卸壓區(qū)，避免形成高靜載區(qū)域；采用區(qū)段小煤柱留設(shè)方案后，煤柱為屈服煤柱，其內(nèi)部無法形成彈性核，也一定程度上消除了高靜載應(yīng)力集中現(xiàn)象。在局部跟進(jìn)方面，由于開切眼外錯(cuò)、張裂帶和厚層堅(jiān)硬頂板的影響，局部區(qū)域沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)升高，因此制定專項(xiàng)防沖措施，建立沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測預(yù)警技術(shù)，進(jìn)一步確保局部區(qū)域的采掘安全。從而最終形成分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采下的孟巴礦防沖減災(zāi)體系。

(3)高溫高濕煤層氧化自燃防治關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)合孟巴礦高濕環(huán)境煤自然發(fā)火機(jī)理及特征，通過程序升溫實(shí)驗(yàn)，對高溫高濕條件下的孟巴煤樣分別進(jìn)行加熱升溫，在不同溫度情況下，測試煤樣的耗氧特性、CO、CO等氣體產(chǎn)生量等自燃特性，以此確定高溫高濕環(huán)境對孟巴礦采空區(qū)遺煤自燃影響；同時(shí)，對重點(diǎn)防滅火地點(diǎn)采用人工監(jiān)測及采樣色譜分析進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，采用地面移動(dòng)式注膠防滅火系統(tǒng)，注氮防滅火系統(tǒng)以及煤層火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)對分層開采期間煤層氧化自燃進(jìn)行防治，并定期對防滅火系統(tǒng)進(jìn)行檢查，降低采空區(qū)發(fā)火危險(xiǎn)程度。

3 協(xié)調(diào)減災(zāi)開采理論

3.1 協(xié)調(diào)減災(zāi)開采科學(xué)含義

特厚煤層分層錯(cuò)距協(xié)調(diào)減災(zāi)開采是基于協(xié)調(diào)理論的礦井開采部署、開采順序和開采參數(shù)在空間和時(shí)間方面的科學(xué)有效銜接和管理，應(yīng)用分層錯(cuò)距布置、限高開采、覆巖整體下沉和降低鄰面采掘互擾減災(zāi)原理，避免覆巖應(yīng)力的疊加，降低災(zāi)害強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)安全開采。

3.2 協(xié)調(diào)減災(zāi)開采原理

應(yīng)用限高開采、分層錯(cuò)距布置、覆巖整體沉降和降低鄰面采掘互擾原理實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)減災(zāi)開采的目的。

(1)分層錯(cuò)距布置。根據(jù)分層開采覆巖變形破壞的可疊加性，將上下分層邊界錯(cuò)距布置，避免邊界拉伸變形區(qū)疊加破壞，保護(hù)隔水層的完整隔水性能。

(2)限高開采。根據(jù)開采高度和覆巖破壞高度發(fā)育規(guī)律，結(jié)合防災(zāi)的要求，制定分層開采高度，達(dá)到減災(zāi)的目的。

(3)覆巖整體沉降。分層間整體錯(cuò)距布置，有效釋放采空區(qū)煤柱區(qū)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)覆巖整體均勻沉降，密實(shí)垮落帶和斷裂帶空隙，降低采空區(qū)遺煤氧化發(fā)火程度，避免大范圍煤柱失穩(wěn)的沖擊災(zāi)害發(fā)生。

(4)降低鄰面采掘互擾。相鄰開采工作面開采容易引起覆巖移動(dòng)破壞應(yīng)力疊加破壞，通過相鄰采掘工作面錯(cuò)時(shí)開采，有效避免采掘相互擾動(dòng)。

4 孟巴礦厚煤層分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采模式

針對礦井“三厚二硬一強(qiáng)”地質(zhì)特征，和礦井頂板水害、沖擊地壓、自燃火災(zāi)多災(zāi)源致災(zāi)機(jī)理及規(guī)律，基于分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采理論，構(gòu)建協(xié)調(diào)減災(zāi)開采模式，制定頂板水害上保下疏，沖擊地壓動(dòng)靜轉(zhuǎn)移和自燃火災(zāi)時(shí)空適配的多災(zāi)源防控技術(shù)。

4.1 協(xié)調(diào)減災(zāi)開采模式

(1)分層錯(cuò)距布置，避免覆巖應(yīng)力集中，實(shí)現(xiàn)覆巖整體下沉。根據(jù)開采邊界引起覆巖拉伸區(qū)的范圍，由式(1)確定分層錯(cuò)距為50～80 m，布置模式如圖3所示。

1101，1102，……為工作面編號(hào)；①，②，…，⑨為開采順序

=04+04

(1)

式中，為合理錯(cuò)距，m；，為相鄰分層開采在LDT的主要影響半徑，m。

(2)一分層限高開采，控制覆巖破壞高度，實(shí)現(xiàn)基巖水遞進(jìn)疏放，頂板斷裂能量分次釋放。關(guān)鍵技術(shù)是一分層開采必須保證結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層的穩(wěn)定性，以避免厚硬頂板一次斷裂導(dǎo)致沖擊地壓災(zāi)害發(fā)生。根據(jù)文獻(xiàn)[15]，結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層穩(wěn)定的充分必要條件由式(2)計(jì)算。根據(jù)式(2)計(jì)算，在一分層工作面開采高度小于3.5 m，工作面寬度小于150 m的條件下，就能滿足一分層開采后結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)Ⅵ煤頂板砂巖分段破壞。

(2)

式中，為關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的跨度，m；為上覆巖層施加的載荷，N/m；為結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層巖層的傾角，(°)；為結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層抗彎剛度，N/m。

(3)二分層開采覆巖導(dǎo)水裂縫帶不波及LDT隔水層。通過實(shí)驗(yàn)室相似材料模擬、數(shù)值計(jì)算模擬研究，結(jié)合各分層開采對覆巖導(dǎo)水裂隙帶的9個(gè)鉆孔觀測成果，給出了分層開采覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度發(fā)育規(guī)律(圖4)，構(gòu)建了孟巴礦覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計(jì)算模式：

圖4 導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律

(3)

式中，為導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，m；為分層開采高度，m；為分層數(shù)目，=1,2,3；為南北翼巖性差異松弛量，取10(在南翼計(jì)算中取正值，北翼計(jì)算中取負(fù)值)。

(4)三分層限高開采，限制導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入隔水層。二分層開采后頂板結(jié)構(gòu)破壞，開采煤層覆巖綜合巖性由中硬轉(zhuǎn)變?yōu)檐浫鯉r性特征，三分層開采時(shí)在覆巖巨厚松散層加載作用下，整體快速下沉，覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度大幅降低，如圖5，6所示。

圖5 孟巴礦分層開采錯(cuò)距布置

圖6 孟巴礦分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采布置方式

(5)避免相鄰工作面采掘互擾。采用兩翼采掘接替布置方式，采掘工作面通過采區(qū)一翼順序跳采、兩翼交替跳采接替順序，實(shí)現(xiàn)時(shí)空適配，降低鄰面采掘互擾，減少形成高靜載和高動(dòng)載區(qū)域。

4.2 協(xié)調(diào)開采效果分析

針對孟巴礦特厚煤層多分層開采頂板水害、沖擊地壓和自燃火災(zāi)的災(zāi)害特征，除了采用常規(guī)的災(zāi)害防治措施外，采用分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采技術(shù)，從源頭控制開采損害程度，有效地降低了災(zāi)害的危險(xiǎn)程度，實(shí)現(xiàn)了在多災(zāi)害條件下，3個(gè)分層的安全開采。

(1)應(yīng)用分層邊界錯(cuò)距協(xié)調(diào)減災(zāi)開采模式，一分層均采用3.0～3.2 m限厚開采，二分層采用綜放開采，采放厚度4.0～7.0 m，三分層只采不放，開采厚度2.8～3.2 m。避免了分層邊界拉應(yīng)力區(qū)疊加效應(yīng)，控制了覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，有效保護(hù)了LDT隔水層的完整隔水性能；通過控制分層開采厚度，使得一分層開采主要疏放Ⅵ煤頂板至Ⅴ底板基巖段裂隙水，二分層開采主要疏放Ⅴ煤頂板至Ⅲ煤底板基巖裂隙水，三分層開采主要疏放LDT底板基巖風(fēng)氧化帶水，基巖裂隙水隨分層開采分段疏放，礦井涌水量平穩(wěn)緩慢增長(圖7)，實(shí)現(xiàn)了頂板水害上保下疏的水害防治目標(biāo)。

圖7 礦井涌水量隨工作面開采變化情況

(2)基于構(gòu)建的結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層穩(wěn)定性計(jì)算模型，確定了一分層開采厚度，實(shí)現(xiàn)了煤層厚硬頂板分次破壞，避免了厚硬頂板一次破斷的強(qiáng)礦壓沖擊災(zāi)害發(fā)生；分層整體錯(cuò)距布置開采，避免了分層邊界應(yīng)力集中，釋放了上分層采空區(qū)煤柱應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)了分層開采沖擊地壓動(dòng)靜轉(zhuǎn)移。

(3)分層錯(cuò)距協(xié)調(diào)開采，下分層開采破壞了上分層采空區(qū)煤柱，二分層開采后結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層失穩(wěn)，在上覆巨厚松散巖層加載作用下，實(shí)現(xiàn)了覆巖整體快速沉降，密實(shí)了斷裂帶空隙，同時(shí)針對分層開采采空區(qū)遺煤自然發(fā)火特征，實(shí)施了立體封堵，時(shí)空適配防火方案，開采工作面回風(fēng)隅角CO，O體積比呈明顯減小趨勢(圖8)，有效降低了采空區(qū)自然發(fā)火危險(xiǎn)性。

圖8 工作面回風(fēng)隅角CO，O2體積比變化趨勢

5 結(jié) 論

(1)通過礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)和采礦條件分析，得到了礦井地質(zhì)采礦條件具有開采煤層厚硬、開采煤層頂板砂巖層厚硬和上覆松散含強(qiáng)水層UDT厚的“三厚二硬一強(qiáng)”特征，覆巖為上軟下硬的結(jié)構(gòu)類型，基巖中缺少有效的隔水層，特殊的地質(zhì)條件是誘導(dǎo)礦井災(zāi)害的關(guān)鍵因素。

(2)針對礦井頂板水害、沖擊地壓、自燃火災(zāi)多災(zāi)源致災(zāi)機(jī)理及規(guī)律，提出了厚煤層分層開采水害防治、礦井沖擊地壓災(zāi)害防治、高溫高濕煤層氧化自燃防治的關(guān)鍵技術(shù)，形成了頂板水害上保下疏，沖擊地壓動(dòng)靜轉(zhuǎn)移和自燃火災(zāi)時(shí)空適配的多災(zāi)源防控技術(shù)，應(yīng)用限高開采、分層錯(cuò)距布置、覆巖整體沉降和降低鄰面采掘互擾可以達(dá)到協(xié)調(diào)減災(zāi)開采的目的。

(3)限制分層開采厚度可以達(dá)到煤層厚硬頂板分段破壞、頂板破斷能量分次釋放和基巖水分次疏放的減災(zāi)目的，根據(jù)協(xié)調(diào)減災(zāi)開采原理，避免分層開采邊界拉伸應(yīng)力疊加破壞LDT隔水層，下分層開采有效釋放上分層采空區(qū)煤柱應(yīng)力，使得覆巖整體平緩下沉，達(dá)到降低覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，減小頂板破壞沖擊能量，密實(shí)分采空區(qū)冒落巖塊，降低采空區(qū)發(fā)火危險(xiǎn)程度，形成了孟巴礦特厚煤層分層協(xié)調(diào)減災(zāi)開采模式。