易自燃特厚煤層綜放工作面回采技術(shù)

易自燃特厚煤層綜放工作面回采技術(shù)

1工作面自然長(zhǎng)火焰煤采區(qū)鐵法集團(tuán)大興礦28.06工作面位于大興礦北部第二采區(qū)。采層為7#煤層，平均厚度10m，工作面長(zhǎng)861m，斜長(zhǎng)180m。邊坡磨損和回采空間的“u”型通風(fēng)。工作面絕對(duì)瓦斯約為40～60m3/min,為高瓦斯工作面,回采煤層為長(zhǎng)焰煤,一級(jí)易自然發(fā)火煤層,其最短發(fā)火期為20d左右,并且火成巖侵入嚴(yán)重,采高大,采空區(qū)丟煤嚴(yán)重。該采區(qū)的7#煤層已經(jīng)采過(guò)4個(gè)綜放工作面,其中有2個(gè)綜放工作面N2702、N2703因自然發(fā)火而封閉工作面,因此N2706工作面防治煤層自然發(fā)火任務(wù)相當(dāng)重。工作面開(kāi)采初期曾經(jīng)出現(xiàn)采空區(qū)CO濃度高達(dá)1000×10-6,而且出現(xiàn)C2H4,甚至出現(xiàn)過(guò)C2H4、CO濃度急劇上漲的情況,雖然風(fēng)流中CO濃度未超限,也未出現(xiàn)明火,后經(jīng)處理得到控制,但仍給安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。2自然退火的可能性通過(guò)已經(jīng)采過(guò)的幾個(gè)綜放工作面防治煤層自然發(fā)火經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為綜放工作面和其它采煤工作面相比有如下特點(diǎn):1)工作面推進(jìn)速度慢。綜放工作面煤層比較厚,單位進(jìn)尺產(chǎn)煤量大,即工作面產(chǎn)煤工序包括采煤機(jī)割煤和放頂煤2道工序,而放煤量為割煤量的2倍,所以,工作面推進(jìn)速度比其它工作面要慢,這樣,就增加了煤的自然發(fā)火的幾率。2)采空區(qū)的空間大。由于綜放工作面煤層比較厚,提高采、放工序后,采空區(qū)的空間大,漏風(fēng)空間大,漏風(fēng)量大,從而增加了自然發(fā)火的可能性。3)采空區(qū)遺煤量大。綜放工作面回采率比其它工作面要低,因?yàn)榉琶哼^(guò)程完全靠人為控制,放煤量取決于放煤工技術(shù)水平、工作經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心,盡管用一些控制手段,但還是不能完全進(jìn)行控制,因此,其回采率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它工作面,采空區(qū)遺失煤炭多,而且,采空區(qū)遺煤呈立體分布,滿足了煤炭自然發(fā)火的條件。4)采空區(qū)自然發(fā)火位置的不確定性。通過(guò)上述分析,綜放工作面采空區(qū)有較大的空間,遺失大量的煤炭,所以,其自然發(fā)火位置不確定,給預(yù)防和處理綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火造成很大的困難。5)煤礦科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,煤巷錨網(wǎng)、錨鎖支護(hù)技術(shù)的使用,大大提高了掘進(jìn)速度,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了支護(hù)質(zhì)量,但同時(shí)也為預(yù)防煤的自然發(fā)火造成了負(fù)面影響,因?yàn)樵诨夭蛇^(guò)程中,兩巷受懸臂梁作用,靠工作面外層巷道不易垮落,與開(kāi)切眼形成漏風(fēng)通道,為開(kāi)切眼和兩巷自然發(fā)火創(chuàng)造條件。3礦井內(nèi)火炬氣的影響分析利用采空區(qū)風(fēng)火瓦斯耦合仿真軟件,對(duì)大興礦N2706綜放工作面進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了流場(chǎng)的分布,劃分自燃氧化橫三區(qū)、縱三帶的范圍,對(duì)礦井內(nèi)因火災(zāi)的防治提供指導(dǎo),有利于礦井的安全生產(chǎn)和整體安全水平的提高。3.1“橫復(fù)合材料”區(qū)域劃分根據(jù)煤自燃的基本條件和采空區(qū)浮煤氧化環(huán)境,采空區(qū)遺煤自燃區(qū)域大體可劃分為3個(gè)區(qū),即散熱不自燃區(qū)域、可能自燃氧化區(qū)域和窒息區(qū)域(簡(jiǎn)稱“橫三區(qū)”)。其劃分通常有2種標(biāo)準(zhǔn),即以采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)速度、氧氣濃度。以大興礦N2706推進(jìn)300m為例,研究劃分“橫三區(qū)”各個(gè)區(qū)域。N2706進(jìn)風(fēng)巷面積與回風(fēng)巷面積為12m2,進(jìn)風(fēng)量1343m3/min,現(xiàn)根據(jù)風(fēng)量的變化劃分“橫三區(qū)”。進(jìn)風(fēng)側(cè)和工作面中部劃分結(jié)果見(jiàn)表1和表2。從表1、表2可知,由工作面向采空區(qū)漏風(fēng)是客觀存在的,采空區(qū)可能氧化區(qū)域比較大,而且采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)位置自燃氧化帶區(qū)域延伸較深。3.2采空區(qū)內(nèi)通氣分散研究考察采空區(qū)“縱三帶”,可提高對(duì)綜放支架上部煤層自然發(fā)火危險(xiǎn)性的認(rèn)識(shí)。采用Gambit進(jìn)行建模,建模參數(shù)為:巷道及工作面高度為3m,寬度為4m,采空區(qū)及頂板高度為25m,工作面長(zhǎng)180m,采空區(qū)延伸100m,進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量為1343m3/min。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn),采空區(qū)在縱向方向存在通風(fēng)散熱帶、氧化帶及不易氧化自燃帶?？疾彀l(fā)現(xiàn):綜放工作面上部2～8m范圍的氧氣濃度為10%～18%,為氧化帶;支架以上0～2m范圍內(nèi)氧氣含量為19%,此空間為通風(fēng)散熱帶。4防消防技術(shù)4.1運(yùn)順自身注氮通過(guò)仿真系統(tǒng)為注氮系統(tǒng)選擇參數(shù)。綜放面回采過(guò)程中采空區(qū)防火注氮為開(kāi)區(qū)注氮,采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)埋管,以2臺(tái)N2流量為1000m3/h制氮機(jī)連續(xù)注氮,由運(yùn)順預(yù)先向采空區(qū)每推進(jìn)30m埋入1趟?108mm鋼管,隨著工作面推進(jìn)進(jìn)入采空區(qū)20m開(kāi)始注氮,進(jìn)入70m停止,保持2趟?108mm鋼管持續(xù)向采空區(qū)20～70m范圍的漏風(fēng)帶和氧化帶內(nèi)注N2。采空區(qū)開(kāi)放式注N2流量越大,防火的效果就越好,反之就越差,但受采空區(qū)漏風(fēng)風(fēng)流、風(fēng)壓影響,流失性強(qiáng),停止注氮后其防滅火作用易消失,因此采空區(qū)開(kāi)區(qū)注N2防火的關(guān)鍵是N2流量和氮?dú)獬隹谖恢玫暮侠磉x擇,并且應(yīng)保持持續(xù)穩(wěn)定地輸送N2。4.2角點(diǎn)炭角角點(diǎn)炭角綜放面回采期間采空區(qū)自然發(fā)火是由于采空區(qū)氧化帶內(nèi)殘存的浮煤在連續(xù)供氧的條件、持續(xù)的儲(chǔ)熱環(huán)境下造成的,而工作面前三角點(diǎn)隅角、后三角點(diǎn)隅角是采空區(qū)漏風(fēng)供氧的主要通道。工作面回采過(guò)程中在工作面前、后三角點(diǎn)架后同時(shí)采取充填河砂、砌筑擋風(fēng)墻等封堵措施,對(duì)采空區(qū)漏風(fēng)通道進(jìn)行封堵,是減少采空區(qū)漏風(fēng)最有效的方法,通過(guò)采取充填河砂封堵措施,不但可以改變采空區(qū)氧化帶的范圍和供氧條件,使氧化帶提前進(jìn)入窒息帶,而且在進(jìn)行水砂充填過(guò)程中大量的水對(duì)采空區(qū)浮煤起到濕潤(rùn)降溫的作用,破壞浮煤的持續(xù)儲(chǔ)熱環(huán)境,從而有效防止自然發(fā)火事故發(fā)生。1b充填反滲透膜段綜放面開(kāi)采前,預(yù)先由運(yùn)回順向開(kāi)切眼前三角點(diǎn)、開(kāi)切眼內(nèi)各埋設(shè)1趟?108mm充填管路,工作面回采老頂初次來(lái)壓(30～50m)冒落后,利用預(yù)先埋設(shè)的管路向開(kāi)切眼存在的1條近似三角形斷面的空間內(nèi)充填河砂,封堵漏風(fēng)通道,并且對(duì)附近的浮煤濕潤(rùn)降溫。工作面回采期間,根據(jù)采空區(qū)自然發(fā)火危害程度,結(jié)合回采推進(jìn)速度,工作面每推進(jìn)10～40m,對(duì)前、后三角點(diǎn)架后采空區(qū)進(jìn)行1次水砂充填封堵。對(duì)于火成巖侵入?yún)^(qū)段可以根據(jù)侵入的范圍在架間埋管,一般推進(jìn)5～10m開(kāi)始充填。2角點(diǎn)未開(kāi)洞角進(jìn)行填充工作面回采結(jié)束后和節(jié)日放長(zhǎng)假期間,采空區(qū)氧化帶不能及時(shí)推入窒息帶內(nèi),其浮煤繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生CO釋放熱量,如果持續(xù)蓄熱達(dá)到自然發(fā)火期就會(huì)發(fā)生自燃,為防止該區(qū)域浮煤自燃,除了對(duì)工作面前、后三角點(diǎn)隅角進(jìn)行封堵充填河砂外,還應(yīng)在工作面與采空區(qū)之間形成一道砂墻,隔絕或減少向采空區(qū)漏風(fēng),人為強(qiáng)制減小氧化帶范圍將其變成窒息帶,是最有效最實(shí)用的防滅火措施。回采結(jié)束后,利用了鋪設(shè)的鐵網(wǎng)作為外沙門子插管進(jìn)行充填,能夠取得較好的效果。工作面收尾期間,當(dāng)推進(jìn)至采止線15m時(shí)開(kāi)始進(jìn)行鋪網(wǎng),工作面回采結(jié)束后,保證鐵網(wǎng)的端頭正好落入采空區(qū)被浮貨壓住,利用鋪設(shè)的鐵網(wǎng)及網(wǎng)上攔截的破碎浮貨做為外砂門子,然后往里插設(shè)?108mm鐵管,向采空區(qū)充填河砂。不但可以在撤除支架時(shí)減少人工清貨、保證現(xiàn)場(chǎng)施工安全,而且省略了釘沙門子堵漏這一施工程序,并增加了嚴(yán)密性,防止了充填河砂時(shí)跑砂現(xiàn)象。3頂部灌溉,自然歷史地面受火成巖侵入等地質(zhì)構(gòu)造影響,采面中部易出現(xiàn)巖石區(qū),不但影響推進(jìn)度,而且是自然發(fā)火已發(fā)生地點(diǎn),由于殘留采空區(qū)內(nèi)大量煤炭,呈現(xiàn)立體分布,必須采取頂部澆灌的方式防火。因此可以利用工程鉆機(jī)利用運(yùn)回順硐室施工穿層目標(biāo)鉆孔,下入護(hù)壁套管,使用充填系統(tǒng)對(duì)構(gòu)造巖石區(qū)采空區(qū)上部充填河沙。4.3注漿管出口留空區(qū)自然退火隱患選擇在回風(fēng)順槽鋪設(shè)管路,同時(shí)向采空區(qū)預(yù)埋注漿管,出口留在采空區(qū)易出現(xiàn)自然發(fā)火隱患處,主要是在回采工作面開(kāi)切眼后三角點(diǎn)、停采線、火成巖侵入及運(yùn)回順采空區(qū)空間等處。4.4噴灑液在工作面的形成，以控制漏風(fēng)技術(shù)在工作面停止推進(jìn)時(shí),可沿工作面支架進(jìn)行架間噴漿、下隅角空間噴漿。4.5采空區(qū)內(nèi)循環(huán)沖擊下的采空區(qū)充填通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定是采空區(qū)流場(chǎng)穩(wěn)定分布的基礎(chǔ),采區(qū)隅角堵漏、充填河砂等措施是有效控制漏風(fēng)強(qiáng)度措施,但因工作面火成巖的侵入影響,采區(qū)侵入?yún)^(qū)段爆破落巖,其沖擊作用對(duì)于采空區(qū)影響較大,因此采空區(qū)立體充填泡沫,因其較好的張性,可在沖擊波過(guò)后基本恢復(fù),具有較好的控制漏風(fēng)作用。風(fēng)量的穩(wěn)定也是采空區(qū)防火的主要因素,因此在回采時(shí)期應(yīng)減少風(fēng)量調(diào)整,并加強(qiáng)主要關(guān)聯(lián)通風(fēng)設(shè)施的管理是減少采空區(qū)流場(chǎng)擾動(dòng)因素的主要控制技術(shù)措施。4.6提高抽放效果,降低瓦斯抽放量大興礦為高瓦斯突出礦井,回采工作面最高絕對(duì)瓦斯涌出量高達(dá)120m3/min,多年來(lái)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、探索方法,形成了一整套成熟實(shí)用技術(shù),在治理瓦斯和防治自然發(fā)火上,采取了以抽為主、風(fēng)排為輔、分源治理的工作指導(dǎo)方針,通過(guò)引進(jìn)大功率抽放設(shè)備、大直徑抽放管路,進(jìn)行抽放系統(tǒng)改造,提高系統(tǒng)抽采能力,合理選擇抽放方法,提高瓦斯抽放效果,既從根本上解決了瓦斯超限問(wèn)題,又防止了因抽采方法不當(dāng)或抽采量過(guò)大引起自然發(fā)火,同時(shí)減少了工作面配風(fēng)量,實(shí)現(xiàn)了以風(fēng)防火。高瓦斯煤層工作面回采時(shí),傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為,以風(fēng)定產(chǎn)就得加大風(fēng)量處理瓦斯,然而大風(fēng)量雖然能充分稀釋工作面瓦斯,但是會(huì)造成采空區(qū)漏風(fēng)量加大、加深,將采空區(qū)深部瓦斯掃出。而且大量漏風(fēng)稀釋采空區(qū)瓦斯,使得采空區(qū)高濃度瓦斯區(qū)減小、低濃度瓦斯區(qū)增大,抽采效果降低。同時(shí)漏風(fēng)深、漏風(fēng)量大,對(duì)防采空區(qū)自燃發(fā)火非常有害。因此,對(duì)于大興礦高瓦斯突出易自然發(fā)火礦井,合理選擇通風(fēng)方法,同時(shí)合理調(diào)整工作面配風(fēng)量、穩(wěn)定通風(fēng)系統(tǒng)、均壓通風(fēng)是有效治理瓦斯、防止自然發(fā)火事故的關(guān)鍵。4.7采空區(qū)浮煤冷卻回采工作面采空區(qū)的易發(fā)火段為工作面前半部分,在采取有效地控制漏風(fēng)措施后,還需不強(qiáng)采取采空區(qū)浮煤冷卻措施,方便易行的方法為注水,并且通過(guò)高位注水,可以使得采空區(qū)內(nèi)立體分布的遺煤充分得到濕潤(rùn)冷卻。1兩井管網(wǎng)注漿通過(guò)在運(yùn)順開(kāi)鑿鉆場(chǎng),使用坑道鉆機(jī),施工斜交高位鉆孔,下入注水套管,使用聚氨酯膠封孔,利用井下供水系統(tǒng)直接向采空區(qū)注水來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆孔隨工作面推進(jìn)滯后在采空區(qū)冒落角處斷裂,隨工作面同步相對(duì)穩(wěn)定的推移,使得落礦煤能夠及時(shí)的水冷濕潤(rùn)。2采空區(qū)冒落煤地層鉆孔具備條件的采煤工作面可以實(shí)施頂板近水平長(zhǎng)鉆孔,下入注水套管,使用聚氨酯膠封孔,利用井下供水系統(tǒng)直接向采空區(qū)注水來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆孔隨工作面推進(jìn)滯后在采空區(qū)冒落角處斷裂,隨工作面同步相對(duì)穩(wěn)定的推移,使得落礦煤能夠及時(shí)的水冷濕潤(rùn)。優(yōu)點(diǎn):范圍廣,使用時(shí)間長(zhǎng)。3頂板瓦斯道澆注頂板瓦斯道是主要截留上隅角瓦斯涌出的措施,需要大流量高負(fù)壓的強(qiáng)抽,因此對(duì)于煤層底板瓦斯是防控火災(zāi)的重點(diǎn),并且不同位的多重瓦斯道注水更便于注水防火的分布。根據(jù)頂板瓦斯道走勢(shì),可以在回順實(shí)施斜交鉆孔,目標(biāo)位瓦斯