强卸压强支护下综放工作面自燃隐患治理研究.pdf

2 0 1 7 年第 1 1 期 童 撼蕉 斜技 6 9 强卸压强支护下综放工作面 自燃 隐患治理研究 闫 凯 闫春来 代丽华 1 ． 山东省天安矿业集团业有限公司，山东 曲阜 2 7 3 1 5 5 ； 2 ． 山东省兖州市大统矿业有限公司，山东 兖州2 7 2 1 0 0 摘要 针 对综放 工作 面强卸压 强支护形势 下防火特点 ，采取超前钻 孔、架前钻孔及 卸压大孔、两颇槽采 空区多设检测 点取样分析、探寻变化后综放面的 自然发火规律 ， 做到提前预判、评价防火预处理效果；采取两顺槽采空区埋管注浆对漏 风通道封 堵。采空区注氮 ，端头放煤 、后 溜矸石填 隙减 少采空区遗煤 ，有效预 防 了采空区大面积 自然发 火。 关键词 强卸压强支护 自燃隐患 治理研究 中图分类号T D7 5 2 ． 2 文献标识码 B d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 7 ． 1 1 ． 0 3 1 A S t udy o n t he Se l f - i g ni t i o n Ha z ar d M a na g e m e nt o f M e c ha ni z e d W o r k i ng Fa c e unde r Pr e s s ur e Re l i e f Ya nk a i Ya n Ch u n ． 1 a i Da i Li h u a 2 1 ． S h a n d o n g Q i a n A n Mi n i n g G r o u p C o ． ， L T D． ， S h a n d o n g Q u f u 2 7 3 1 5 5 ； 2 ． Y a n z h o u Do n g Mi n i n g Co ． ， L T D． ， S h a n d o n g Ya n z h o u 2 7 2 1 0 0 Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f fi r e p r o t e c t i o n i n l l y - me c h a n i z e d c a v i n g f a c e u n d e r p r e s s u r e r e l i e f , the p a p e r r e c o mme n d s t o a d o p t a d v a n c e d b o r e h o l e d r i l l i n g ， b i g h o l e d r i l l i n g ， f r a me d r i l l i n g ， an d s a mp l i n g a n a l y s i s ， t o e x p l o r e the c h a n g i n g r u l e o f t h e s p o n t an e o u s c o mb u s t i o n． Mo r e o v e the p a p e r a l s o a d v i s e s u s i n g t wo c o n s e c u t i v e b u r i e d p i p e g r o u t i n g t o p r e v e n t a i r l e a k a g e i n mi n e d - o u t are a ， g o a f n i t r o g e n i e c fi o n ， e n d c o a l ， and g ang u e g a p - f i l l i n g t o r e d u c e tra c e s o f g o a f c o a l ， wh i c h e ffe c t i v e l y p r e v e n t s p o n t a n e o u s c o mb u s t i o n i n g o a l a r e a ． Ke y wo r ds s t r o n g d i s c h a r g e p r e s s u r e s u p p o s e l f - i g n i t ing h i d d e n tro u b l e g o v e r n an c e a n d r e s e a r c h 1 概述 天安矿业集团星村煤矿 3 煤层为易 自燃煤层 ， 实验最短 自然发火期为 2 4 d 。2 0 1 1 年 5 月委托中国 矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室对三 采区 3 煤岩层进行了冲击倾向性鉴定，结论为强冲 击倾 向性煤层。3 3 1 0综放工作 面埋藏深度 ． 1 0 0 0 ～ ．1 1 0 0 m，地温 3 7 ℃，煤层厚度 8 ． 5 m。为有效 防范 冲击地压事故 ，3 3 1 O工作面外面 回采前，按计划 完成了所有防冲卸压工程。其中工作面切眼非回 采帮顶板预裂爆破工程 ，爆破孔参数为 04 2 mm 钻孔 ，孔 间距 3 ． 2 m，孔深 1 3 m，爆破孔距非 回采 帮 0 ． 5 ～ l m，爆破孔角度垂直顶板与煤层掘进方向成 6 5 7 5 。；工作面切眼回采帮顶板预裂爆破工程， 爆破钻孔参数为 4 2 mm，开孔于 3号支架前， 收稿 日期 2 0 1 7 0 6 1 3 作者简 介闰凯 1 9 8 4 一 ， 男， 山东济 宁人 ， 采矿 工程 助理 工程师。 2 0 1 2年毕业 于 山东科 技 大学采矿 工程专业 。现任 星村 煤矿安 监 科工程 师。 间距 3 ． 2 m， 孔深 1 3 m；运输顺槽顶板预裂爆破工程 ， 钻孔 自切眼回采帮 0 m位置开孔，孔间距 3 ． 2 m，孔 深 1 3 m，爆破孔布置在巷道顶板，从切眼向回采方 向 0 ． 5 l m施工；掘进期 间施工的卸压大孔，间距 1 ． 6 m，孔深 2 0 m，钻孔直径 1 5 0 mm，回采前在原两 孔之间再加人一个同样的钻孔。高强度的卸压措施 造成煤体松散破碎，尤其是顶板预裂爆破与卸压孔 结合位置 1 ～ l 0 架前顶部煤体极易氧化，给工作面 回采过程中防火带来新问题。同时星村煤矿购进了 Z Q C 2 4 8 0 0 ／ 2 0 ／ 3 8型超前支架以提高工作面两顺槽 超前巷道的支护强度 ，淘汰落后的单体支柱支护体 系，满足支护和防冲要求。新购进的超前支架 由于 迁移的频率等问题 ，造成顺槽顶板破坏严重 ，煤体 进入 自移超前支架区域后氧化严重，强卸压、强支 护新工艺下给防灭火工作带来了新的挑战。3 3 l 0工 作面回采过程中回风流一氧化碳长期超过 2 4 p p m， 期 间最高值达到 1 0 9 p p m，严重影响了矿井的正常 安全 生产。 7 0 媳蒺 斜技 2 0 1 7 年 第 1 1 期 2 自燃 隐患治理研究 2 ． 1 超前 钻 孔 在 3 3 1 0运顺 溜 头段 向工作 面方 向施 工 防火 钻 孔。钻孔施工位置为溜头至工作面运顺煤壁外 2 0 m 附近 图 1 ；钻孔指 向工作 面顶 板，钻孑 L 深度 3 - 5 m或至实顶 ，角度 4 5 ～ 6 0 。左右；每排施工两个 钻孔 ，钻孔间距 l m左右，施工完毕后向钻孑 L 内插 人一次性钻杆，一次性钻杆最前端设 0 ． 3 0 ． 5 m的花 管 ，管与管之间内接丝连接，封 口用棉纱封孔 ；钻 孔施工完毕后向钻孔注水玻璃凝胶或防火剂 、阻化 泡沫等防火材料。 图 1 超 前 钻 孔 位 置 2 ． 2 预 测 预判 通过对架前钻孔、卸压钻孔 、两顺槽采空区多 设检测点取样分析 ，探寻变化后 3 3 1 0综放工作面 的自然发火规律，做到提前预判、评价防火处理效 果 。 2 - 3 漏风 通道 封 堵 ‘ 1 采空区冒落差造成漏风较大，合理采取 配风、轨顺悬挂挡风帘、两顺槽采空区不大于 l O m 施工隔离墙对漏风通道进行封堵。 2两顺槽各敷设两路注浆注氮管路 ，上下 顺槽采空区交替埋管滞后注浆注氮对漏风通风进行 封堵 ，减少采空区漏风。 2 ． 4 减少采空区遗煤 针对综放工作面放顶煤开采工艺存在后溜截煤 器与采空区缝隙内煤炭无法 回收的问题。为最大限 度地回收煤炭资源，优化放顶煤开采工艺。减少采 空区遗煤提高煤炭回收率采取后溜矸石填隙及端头 放煤技术。每割完一刀煤后 ，先将后溜前移一个步 距 ，然后收起支架后插板 ，使后插板上方的矸石 自 然落下。待矸石将后溜与采空区之间的缝隙填满后， 伸出后插板，在后溜与采空区之间形成一道矸石挡 墙 ，然后再进行移架放煤 ，同步实施逐架放煤法， 做到一架一放 ，保证精确放煤。具体正规循环作业 顺序 割煤一移架一放顶煤一拉后溜一放矸 ，拉后 溜前须将上一刀顶煤放净。有效地提高了煤炭回收 率，减少了采空区遗煤。 2 ． 5 效果检 验 采取 自燃隐患治理措施后，3 3 l 0 综放面回风流 一 氧化碳浓度变化曲线如图 2所示。 I ． 一C O p 卜 ⋯ u． 蝴 ． 图 2采 取 措 施 后 综 放 面 回风 流 一 氧 化 碳 浓 度 变化 曲线 从图 2可以看 出 ，采取 以上综合防灭火措施后 ， 回风流一氧化碳浓度稳步下降 ，保证 了工作面的安 全生产 。 3 结论 1 综放工作面敷设 5 l m m高压胶管 ，运 输顺槽增设 7 6 ra m 钢管，为两顺同时采取注浆注 氮或压注阻化泡沫提供了条件 ，两顺槽各敷设注浆 注氮管路及工作面敷设高压胶管对于易燃综放工作 面的回采是必要的，能够有效地控制隐患的蔓延。 2强冲击倾向性煤层综放工作面在强卸压 条件下实施深孑 L 爆破时煤体超前氧化，是防火重点 检测与处理区域。 3 综放工作面溜头段顶板超前垮落空隙较 大，通过对顶板煤体氧化区域进行了检测并进行防 火处理，第一次证明了煤体氧化的影响区域高浓度 一 氧化碳低浓度氧气封闭区。 4顶板深孔爆破后残存的能量和气体量不 同，顶煤监测束管氧气较高 ， 说明该区域空隙较大， 气体和能量得到充分散失 ，或者深孔爆破封孔效果 好 ，顶板岩石完整性较好 ，检测结果差别较大 ，加 上煤体是热的不良导体， 残余热量加速了煤体氧化； 运顺进入采空区后氧气浓度下降较快 ，存在漏风过 程中遗煤吸氧氧化，说明煤体氧化速度较快。 4影响采空区 自然发火的因素煤体的 自 燃特性，采空区顶板垮落，顺槽顶煤超前氧化 ，超 前支架频繁移动 ，回采率，防火处理程度及周期来 压和见方等 。 下转 第 7 3页 2 0 1 7年第 1 1 期 童 娃晨 钭技 7 3 每一台风机运行状态及安全参数进行监测，一旦出 现风机故障时确保能够在短时间内将主副风机进行 切换 。 3 通风系统优化后取得的效果 1 该控制系统操作简单 ，成本费用低，通 过多次试验发现该系统动作灵敏，在整个倒机过程 中只需一名操作人员即可完成 ，大大降低了劳动成 本费用 2雁崖煤业公 司三盘区优化后 的通风系统 通过智能控制系统进行主扇倒机，实现了矿井主扇 倒机时停机不停风 ，彻底解决了人工倒机停风造成 矿井瓦斯积聚以及需撤人等难题。 3优化后的通风系统在主扇倒机时确保通 风系统中新鲜风量能够及时充足地到达采掘工作面 及各硐室内，保证了通风系统各项参数安全稳定 ， 大大提高了通风网路安全性。 4 优化后通风系统通过测试发现在主扇倒 机时通风系统各个分支的风量及风流变化符合设计 要求，保证通风结构 中风阻变化较小或保持稳定风 阻，有效保证系统中各分支风量及角联分支风流风 向不会随意发生变化。 4 结束语 为进一步提高矿井通风系统安全稳定性 ，特别 是在矿井主扇倒机期间避免因通风设施故障而影响 矿井正常供风，雁崖煤业公司通风区对三盘区主扇 倒机系统进行优化设计 ，系统优化后大大提高了矿 井倒机期间的通风系统安全稳定性 ，避免了因短暂 停风引发煤矿重大瓦斯爆炸及火灾事故，有效保障 了矿井采掘活动安全平稳进行 ， 取得了显著的经济、 安全效益。 【 参考书目】 [ 1 ] 刘光智 ． 浅谈煤矿通风系统的安全性及优化设计 [ J 】 ．科技 与企业，2 0 1 3 1 1 9 0 - 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