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    高瓦斯采煤工作面底分層開采綜合防火技術(shù)研究

    2014-12-16 07:15:38郭厚洋肖峻峰
    安徽建筑大學(xué)學(xué)報 2014年1期
    關(guān)鍵詞:機(jī)巷遺煤風(fēng)巷

    郭厚洋, 肖峻峰

    (安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,安徽 合肥 230601)

    0 引 言

    采煤工作面底分層開采,采空區(qū)遺煤多,煤體松散漏風(fēng)供氧條件易形成,使自燃條件更為有利[1]。同時,高瓦斯煤層為排放瓦斯增大風(fēng)量,將擴(kuò)大向采空區(qū)的漏風(fēng)量和煤氧化自燃范圍,增大采空區(qū)遺煤的氧化自燃危險性[2]。采煤工作面存在提高瓦斯安全性的同時也必將使自燃發(fā)火安全性降低;反之,降低自燃發(fā)火危險性同時又不能滿足安全排放瓦斯的要求,容易兩種安全隱患的顧此失彼的平衡,因此,研究高瓦斯煤層底分層開采防火技術(shù)十分必要[3-7]。

    1 工作面概況

    5111B11b工作面標(biāo)高-660m~-720m,B11b煤層瓦斯壓力1.4Mpa,自燃發(fā)火期為3個月,自燃等級為II級。煤層傾角22~24°,煤層厚度為3.0~5.6m,平均為4.3m。工作面為保護(hù)層工作面,分層開采。底分層走向長851米,傾斜長182米,采高3.5米,采用綜合機(jī)械化走向長壁后退式回采,全部垮落法管理頂板。2010年9月10日開始回采,2011年4月收作。

    5111B11b底分層工作面機(jī)巷內(nèi)錯7.0m,風(fēng)巷內(nèi)錯3.0m,切眼內(nèi)錯底分層收作線14.0m。工作面走向長845m,傾向長140m,采高2.4m,采用綜合機(jī)械化走向長壁后退式回采,全部垮落法管理頂板。2012年6月開始回采,2013年2月收作。圖1為工作面底區(qū)回采期間平面圖。

    工作面火災(zāi)隱患為:因底分層回采工藝及運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷多,造成遺煤較多,采空區(qū)漏風(fēng)復(fù)雜,易引起煤層自燃發(fā)火。

    圖1 5111B11b工作面底區(qū)回采期間平面圖

    2 綜合防火技術(shù)

    2.1 工作面控風(fēng)堵漏

    針對5111B11b底分層通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜,封閉墻多,底區(qū)掘進(jìn)時頂區(qū)尚未完全壓實(shí),存在漏風(fēng)通道,進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)能位測定,結(jié)果表明底區(qū)機(jī)巷入口能位比風(fēng)巷出口能位高270~290Pa,形成底區(qū)機(jī)巷透過采空區(qū)向風(fēng)巷漏風(fēng)趨勢。采取風(fēng)巷回風(fēng)側(cè)建立調(diào)節(jié)風(fēng)門提高風(fēng)巷能位,減少漏風(fēng)。

    由于回采期間晝夜溫差變化,大氣壓波動大,產(chǎn)生“呼吸效應(yīng)”,存在自燃隱患,采取重新加固密閉墻,加強(qiáng)堵漏。同時,優(yōu)化采面外圍通風(fēng)系統(tǒng),進(jìn)一步減小井下風(fēng)門開閉對采空區(qū)影響,確?;夭善陂g工作面通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定。

    回采期間工作面初次來壓后10m,工作面上下端頭堆砌2m碎煤袋墻,如圖2所示。隨工作面回采,每間隔5~10m,工作面上下端頭堆砌0.8m碎煤袋墻,減少工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)。

    圖2 采空區(qū)兩道沙袋充填示意圖

    2.2 頂部采空區(qū)注膠分段隔離

    底分層工作面煤火災(zāi)害防治的重點(diǎn)區(qū)域:底分層收作線、切眼、采空區(qū)周邊、風(fēng)巷和機(jī)巷遇到的斷層和老巷及高冒區(qū)。采取頂部采空區(qū)注膠分段隔離防治自燃發(fā)火,具體措施如下:

    (1)向底分層面收作線、切眼施工鉆孔,灌注高分子膠體2000m3。

    (2)向底分層工作面機(jī)巷和風(fēng)巷遇到的斷層對前后20m范圍內(nèi)加強(qiáng)噴漿厚度不得小于100mm,并在前后20m每隔10m施工共三組鉆孔(全孔下1吋管),壓注高分子膠體100m3/組。過老巷處前后20m噴漿厚度不得小于100mm,向老巷處施工(全孔下1吋管)鉆孔壓注高分子膠體100m3/處。

    (3)每間隔不大于200m在底分層機(jī)巷和風(fēng)巷內(nèi),向底分層機(jī)巷和風(fēng)巷施工鉆孔,一組兩個鉆孔(全孔下1吋管)壓注高分子材料100m3,如圖3所示。

    圖3 底分層掘進(jìn)巷道打鉆示意圖

    (4)巷道冒頂區(qū)及時打鉆灌注高分子膠體充填堵漏(200m3/處),并進(jìn)行噴漿處理,噴漿厚度不小于100mm。

    2.3 工作面灌漿注氮

    工作面回采期間機(jī)巷預(yù)留埋管注氮、風(fēng)巷預(yù)留埋管灌漿。以灌漿為主,注氮為輔防治采空區(qū)自燃發(fā)火。具體的措施如下:1)采空區(qū)灌漿和架后灑漿添加復(fù)合膠體添加劑FCJ12提高漿液固水效果和質(zhì)量,為采空區(qū)浮煤提供較好的散熱環(huán)境;2)工作面推進(jìn)速度減慢或過斷層時,需對進(jìn)、回風(fēng)端頭進(jìn)行加密封堵沙袋墻,降低采空區(qū)漏風(fēng),并加大灌漿和架后灑漿量;3)工作面初次來壓后,需對進(jìn)、回風(fēng)端頭加密碼砌煤粉袋進(jìn)行封堵,并通過切眼處預(yù)留的灌漿管路大量灌注FCJ12復(fù)合膠體;4)工作面停采時,及時撤除工作面并封閉,同時,向停采線附近灌漿注氮或灌注二氧化碳。

    圖4 工作面日灌漿量隨時間變化

    圖4、5上可以看出,5111(1)底分層工作面日灌漿量最大達(dá)64m3,平均55.1m3;日注氮量最大達(dá)9119m3,平均6821.9m3。通過向工作面灌漿和注氮,隨采隨灌,上、下隅角用阻燃抗靜電編織袋裝煤矸填實(shí)等綜合措施有效抑制了采空區(qū)煤自燃。

    3 防火效果

    為保證工作面的正常安全生產(chǎn),加快推進(jìn)速度,自2012年6月份至2013年3月,月最大進(jìn)尺為132.7m,最小進(jìn)尺為70m,平均達(dá)到95m。同時加強(qiáng)回風(fēng)流和回風(fēng)隅角氣體和溫度監(jiān)測,回風(fēng)隅角布設(shè)“煤層火災(zāi)監(jiān)測管”人工檢測和采樣分析(每天一次),并增加架間監(jiān)測。其中氣體監(jiān)測CO、CH4、CO2、O2以及C2H4、C2H2等指標(biāo)氣體。

    圖6、7分別顯示了自2012年6月5111(1)底分層工作面正?;夭傻绞兆鹘Y(jié)束期間工作面上隅角CO濃度(便攜儀檢測,便攜儀檢測結(jié)果大于比長管結(jié)果)和溫度變化情況。5111(1)底分層工作面回采到收作結(jié)束期間,工作面上隅角可以檢測出CO濃度在0 ~24ppm間變化,溫度穩(wěn)定在21~24C0間。由此可見,5111(1)底分層工作面上隅角CO不是來自采空區(qū)遺煤的自燃氧化,可能是上區(qū)段受采動影響順裂隙漂移的CO。此外,5111(1)工作面、5111(1)風(fēng)巷、5111(1)工作面上隅角埋管、5111B11b下架石門封閉墻、5111B11b下架石門束管等地點(diǎn)無論是比長管還是便攜儀均未檢測到CO,實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn)。

    圖6 工作面上隅角CO變化

    圖7 工作面上隅角溫度變化

    4 結(jié) 論

    針對5111B11b底分層工作面頂區(qū)遺煤多,煤層易自燃,從高瓦斯采煤工作面自然發(fā)火隱患的角度出發(fā),采取工作面上下端頭控風(fēng)堵漏,重點(diǎn)區(qū)域注膠隔離以及注氮、灌漿和架后灑漿等措施,實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn),取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,為淮南礦區(qū)類似條件工作面回采提供借鑒。

    1 韓必武.潘一煤礦底分層縮小防水煤柱綜采可行性分析,2007,(11):65-67.

    2 袁亮.低透高瓦斯煤層群安全開采關(guān)鍵技術(shù)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2008,(07):1370-1379.

    3 袁亮.高瓦斯礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件安全高效開采關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭學(xué)報,2006,31(2):174-178.

    4 袁亮,劉澤功.淮南礦區(qū)開采煤層頂板抽放瓦斯技術(shù)的研究[J].煤炭學(xué)報,2003,28(2):149-152.

    5 盧平.采動覆巖卸壓采空區(qū)瓦斯抽放的試驗(yàn)研究[J].天然氣工業(yè),2003,(1):118-120.

    6 戴廣龍.多漏風(fēng)匯高瓦斯綜采工作面采空區(qū)防火技術(shù)實(shí)踐[J].煤礦安全,2004(7):18-20.

    7 馬海明.馬志飛,煤層自燃規(guī)律及火區(qū)探測技術(shù)研究[J].陜西煤炭,2009(1):59-60.

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