神華新疆能源有限責(zé)任公司烏東煤礦井田位于準(zhǔn)南煤田東南段，距烏魯木齊市東北部約34km，北距米泉市13km，行政區(qū)劃屬烏魯木齊市東山區(qū)管轄。 烏東煤礦（原鐵廠溝煤礦、堿溝煤礦、大洪溝煤礦及小紅溝煤礦）是一個聯(lián)合技術(shù)改造項(xiàng)目，隸屬于神華新疆能源有限責(zé)任公司（以下簡稱神華新疆公司），礦井設(shè)計生產(chǎn)能力6.OOMt/a，它是對神華新疆公司位于烏東礦區(qū)的原鐵廠溝煤礦、堿溝煤礦、大洪溝煤礦及小紅溝煤礦四個生產(chǎn)煤礦，通過整合各煤礦深部煤炭資源和實(shí)行深部聯(lián)合開拓，實(shí)現(xiàn)礦井集中出煤、集中排水，改善礦井的安全生產(chǎn)條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對四個生產(chǎn)煤礦的聯(lián)合技術(shù)改造和產(chǎn)業(yè)升級。
        一、火災(zāi)防治技術(shù)
        烏東煤礦開采的急傾斜煤層，均為自燃煤層，自然發(fā)火期為3月-6月，開采過程中受到過自燃發(fā)火影響。由于綜采工作面長度短（一般在30m-50m左右），工作面后方自燃寬度小，通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和觀察，自燃帶一般位于工作面后方10-13米的位置，由于綜采工作面推進(jìn)度較快，因此，工作面在回采中本水平的煤不會發(fā)生自燃，發(fā)火源來自上分層采空區(qū)。
        急傾斜煤層開采時，頂板巖層向采空區(qū)彎曲并伴隨有巖層面的向下移動，有時底板巖層也會向采空區(qū)凸起并伴隨層面下滑，隨著采空區(qū)的擴(kuò)大，巖層將產(chǎn)生破裂、垮落，巖層移動穩(wěn)定后，上覆巖層會出現(xiàn)垮落帶、裂隙帶和整體移動帶，有時底板也會出現(xiàn)整體移動帶和裂隙帶。同時分段放頂煤開采后，在地面形成巨大的多次沉陷的塌陷坑，塌陷坑周邊產(chǎn)生多組間距較大的地表裂隙，這些裂隙最終會與頂板巖層中形成的裂隙相貫通，從而產(chǎn)生大量的漏風(fēng)供氧通道，為采空區(qū)頂板側(cè)遺煤自燃提供了良好的供氧途徑，造成采空區(qū)頂板側(cè)遺煤自燃，并隨放煤過程進(jìn)入工作面，對工作面構(gòu)成了嚴(yán)重的發(fā)火威脅。
        為確保礦井安全生產(chǎn)，烏東煤礦通過20年的探索總結(jié)，建立起以地面回填、黃泥灌漿、氮?dú)夥罍缁稹⒉珊蠹皶r封閉等為主的綜合防滅火措施及監(jiān)測系統(tǒng)，提高了礦井自燃火災(zāi)防治及應(yīng)急處理能力。
        地面回填手段應(yīng)用于工作面回采的全過程，注漿防滅火手段應(yīng)用于工作面采后封閉和突發(fā)性發(fā)火的處理，氮?dú)夥罍缁饝?yīng)用于工作面超前預(yù)防注氮和臨時封閉注氮以及其他防滅火手段失效后進(jìn)行工作面封閉的最后一種手段，采煤工作面回采結(jié)束后，及時對工作面進(jìn)行永久封閉，防治工作面自然發(fā)火。
        同時，綜采工作面回采時要保證工作面有穩(wěn)定、可靠的風(fēng)量，控制好主扇對工作面的全負(fù)壓，以減少風(fēng)壓對采空區(qū)的影響。綜采工作面在回采過程中，要掌握好工作面推進(jìn)度和均勻放煤，工作面端頭和架后大塊要及時進(jìn)行處理，減少端頭和架后向采空區(qū)漏風(fēng)，回風(fēng)端頭尾巷長度從后部刮板輸送機(jī)算起不超過1米，進(jìn)風(fēng)端頭要消除尾巷。工作面回風(fēng)巷要安設(shè)一氧化碳傳感器和溫度傳感器，利用礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時的、連續(xù)的監(jiān)測和監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時查明原因進(jìn)行處理。
        為減少火災(zāi)對綜采放頂煤工作面生產(chǎn)的影響，提高礦井抗災(zāi)能力。根據(jù)急傾斜綜放面煤層自燃火災(zāi)的特點(diǎn)，基于現(xiàn)有防滅火技術(shù)、裝備情況及礦區(qū)特點(diǎn)，在充分體現(xiàn)“預(yù)防為主，防治結(jié)合”思想的基礎(chǔ)上，提出適合于綜放面安全開采的綜合防滅火思路或應(yīng)急預(yù)案?，F(xiàn)場開采實(shí)踐表明，效果顯著，同時也表明，在復(fù)雜賦存環(huán)境與大段高開采條件下，急傾斜特厚煤層放頂煤開采防滅火工作是有安全保障。
        二、瓦斯防治技術(shù)
        1．傳統(tǒng)的瓦斯攔截抽放技術(shù)。烏東煤礦屬于低瓦斯礦井，但是有些區(qū)域已經(jīng)發(fā)現(xiàn)瓦斯異常區(qū)。采用在下分層攔截抽放瓦斯的傳統(tǒng)方法來解決瓦斯問題，同時進(jìn)行了采后抽放工作，并取得了較好的效果。
        2．工作面架后上方空間瓦斯積聚處理技術(shù)。在工作面回風(fēng)巷施工卸壓抽放鉆孔對架后空間的積聚瓦斯進(jìn)行抽放。在工作面回風(fēng)巷內(nèi)幫沿煤層走向每隔15m~30m向回采工作面采空區(qū)提前施工3個鉆孔，孔徑llOmm，長度60m的高位走向鉆孔抽放采空區(qū)裂隙帶內(nèi)的高濃度瓦斯。能很好地解決回采過程中的瓦斯超限問題。
        3．源頭瓦斯治理技術(shù)。通過和科研院所合作治理，對從源頭進(jìn)行立體防治，即提前兩年進(jìn)入下水平進(jìn)行瓦斯治理，實(shí)現(xiàn)資源的本質(zhì)安全，瓦斯立體防治原理及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如上圖所示。同時，配備瓦斯監(jiān)測監(jiān)控裝備及預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三級聯(lián)網(wǎng)和自動監(jiān)測，如下圖所示，在大段高開采下，對瓦斯的有效治理和防災(zāi)減災(zāi)提供保障。
        三、防塵控制
        烏東煤礦采取主要進(jìn)、回風(fēng)巷和采、掘工作面進(jìn)回風(fēng)巷道安裝全斷面凈化風(fēng)流水幕，皮帶巷各個轉(zhuǎn)載點(diǎn)安裝噴霧，井上下作業(yè)人員按要求佩戴防塵口罩等勞保用品，為防止煤塵堆積，對主要巷道和產(chǎn)塵點(diǎn)安排專人定期進(jìn)行沖洗。在防塵水中添加GE粉塵抑制劑，增強(qiáng)降塵效果。為了預(yù)防有限空間煤塵的積聚誘致煤塵耦合爆炸，除了合理有效控制風(fēng)量以外，在裝藥過程中使用水炮泥和黃土配合形式進(jìn)行封孔，在爆破過程起到了很好的降塵作用。另外，由于爆炸空間有限，所用炸藥量較大，爆破產(chǎn)生有害氣體積聚極易傷人。爆破時使用隔爆水袋，裝上一定數(shù)量的含堿成分的水，較好地中和炸藥爆炸后酸性氣體。烏東煤礦采用煤層注水，在防塵方面取得了很好的效果。
        1．降低粉塵濃度，改善職工工作環(huán)境。煤層注水軟化試驗(yàn)預(yù)計粉塵可降低90%，各產(chǎn)塵地點(diǎn)全塵濃度由l3-100mg/m3降低到l.2-6mg/m3，呼吸性粉塵濃度由1.1-10mg/m3降低到0.14-0.8mg/m3。粉塵濃度降低，降低煤塵爆炸的幾率。
        2．軟化煤層。通過對工作面頂煤和夾矸實(shí)行超前預(yù)注水軟化，破壞煤層的節(jié)理，使煤體的物理性質(zhì)發(fā)生變化，讓煤體脆性減弱，塑性增強(qiáng)，使堅(jiān)硬頂煤容易冒落，從而達(dá)到工作面連續(xù)割煤，實(shí)現(xiàn)安全高效開采。在前期試驗(yàn)，工作面仍然通過頂煤松動爆破方式，在后期技術(shù)成熟后將逐漸取消炸藥的使用。
        四、水災(zāi)或水患防治技術(shù)
        1．水患災(zāi)害源分析。烏東礦區(qū)開采的煤層傾角大于45。，煤層開采由淺部向下逐步發(fā)展，淺部煤層開采時，塌陷直達(dá)地表，如果觸及地表水體，就會發(fā)生潰水事故。當(dāng)開采向下一個分段和階段發(fā)展時，采動損害也會沿煤層向上發(fā)展，地表水體造成水患的威脅依然存在。造成這種災(zāi)害的特點(diǎn)，往往是地下開采形成的裂隙系統(tǒng)使地表水體與地下采空空間貫通，成為其補(bǔ)給源。上方已采采空區(qū)和小窯開采的采空區(qū)與地表水體貫通，造成生產(chǎn)工作面的“頂水采煤”。為防止地表水在開采過程中造成水患，進(jìn)行了大量防治水工程。其主要包括：(1)修建地表防護(hù)工程，防止采動損害區(qū)與水體溝通；(2)修建井下防水工程，防止采空空間聚集的水體向開采空間潰流；(3)井下水體預(yù)抽措施；(4)加強(qiáng)對井田范圍內(nèi)小煤窯開采區(qū)域的調(diào)查，防止小窯積水潰入開采區(qū)。但開采過程中的水患曾長期威脅著工作面的安全生產(chǎn)。
        從系統(tǒng)科學(xué)角度出發(fā)，急傾斜特厚煤層綜放安全開采是個巨大的系統(tǒng)工程，是一個具有動態(tài)性、開放性的復(fù)雜巨系統(tǒng)，若要進(jìn)行采空區(qū)水患防治，必須保障系統(tǒng)性安全和采掘接續(xù)科學(xué)優(yōu)化與布局的高度上綜合考慮，千萬不能采取“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的片面性防治措施。首先應(yīng)該將架前冒頂和漏頂、大量的有害氣體涌出、工作面潰水潰漿等重大安全隱患納入綜合防治體系，必須采取措施對工作面回采范圍內(nèi)井筒老巷進(jìn)行探查和處理，保障工作面安全生產(chǎn)。第二要堵住地表水流向開采沉陷區(qū)的通道；第三要在井下構(gòu)筑防止采空空間聚集的水體向開采空間潰流的通道，同時在深部水平采取預(yù)抽水措施。
        2．水患防災(zāi)減災(zāi)安全開采技術(shù)。2010年烏東煤礦西采區(qū)（原堿溝煤礦）回采東三采區(qū)+590mB3~6綜采工作面，根據(jù)地質(zhì)資料說明，工作面回采范圍內(nèi)有歷史小窯開采遺留老巷和4處井筒，尤其是在距石門667m處有蘆草溝原四號井回采遺留下的老井筒，井筒底部超過工作面目前所在水平，工作面回采至仳需從井筒中部橫穿而過，東西兩側(cè)各留煤柱，由于資料有限，老巷和井筒內(nèi)具體情況不明。工作面穿過此井筒老巷時，將面臨嚴(yán)重的架前冒頂和漏頂、大量的有害氣體涌出、工作面潰水潰漿等重大安全隱患，直接威脅工作面的安全生產(chǎn)，所以必須采取措施對工作面回采范圍內(nèi)井筒老巷進(jìn)行探查和處理，保障工作面安全生產(chǎn)。為使該工作面安全順利的通過井筒，烏東煤礦西采區(qū)確定使用山東濟(jì)寧浩珂礦業(yè)公司生產(chǎn)的馬麗散、羅克休材料提前對井筒內(nèi)松散煤體進(jìn)行固化，使井筒內(nèi)浮煤與井壁原始煤體形成一個整體，確保綜采工作面安全通過老井筒。東三采區(qū)+590mB3~6綜采工作面推進(jìn)期間沒有發(fā)生架前跨冒、支架下沉、有害氣體涌出等現(xiàn)象。截止10月17日，工作面安全順利地通過了井筒。
        通過馬麗散、羅克休新型材料的試用，為下一步東三采區(qū)工作面安全順利的通過其他4個井筒提供了技術(shù)保障，驗(yàn)證了材料的可靠性。結(jié)合本技術(shù)的特點(diǎn)，馬麗散、羅克休材料也可用于破碎煤體的加固、高冒區(qū)的處理、密閉的堵漏、防治水災(zāi)等方面，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。