复杂漏风条件下综放面采空区自然发火防治技术.pdf

复杂漏风条件下综放面采空区 自然发火防治技术 李 伟 1, 2, 郝迎格2 1. 北京科技大学, 北京 100083; 2. 兖州煤业股份有限公司 南屯煤矿, 山东 邹城 273515 摘 要 在分析南屯煤矿 73上25工作面自然隐患危险区域的基础上, 综合应用均压、 封堵漏风、 注浆、 注氮、 注胶体泥浆、 注粉煤灰复合胶体、 使用罗克休材料快速密闭等各种综合防治技术, 有 效的防治了采空区, 工作面实现了安全回撤和封闭。 关键词 复杂漏风; 采空区; 自然发火 中图分类号 TD75 2 . 2 文献标识码 B 文章编号 1003- 496X 2008 05- 0051- 02 1 概 述 南屯煤矿 73上25综放工作面位于九采三分区 西北部, 面长 176 . 8 m 煤帮至煤帮平距 , 回采推 进长度 660 m, 采用伪倾斜长壁综采放顶煤一次采 全高全部垮落采煤法, 采高 2 . 8 m, 放煤高度 2. 41 m, 煤层平均厚度 5 . 21 m。煤层属自燃煤层, 从矿井 统计数据来看, 九采区实际自然发火期最短时只有 18 d。 73上25综放面于 2006年 7月 4日开始回采, 9 月 17日发现工作面回风流 CO浓度由正常回采时 5 10 - 6升高到 12 10- 6, 对采空区注浆。 9月 24 日, 工作面回风隅角 CO浓度达到 354 10 - 6, 回风 流中 CO浓度达到 26 10 - 6, 工作面后部密闭附近 的 CO气体浓度迅速升高, 九采三分区回风巷北密 闭内 CO浓度高达 5 335 10 - 6, 73 上25泄水巷密闭 内 CO浓度高达 17 139 10 - 6, 93 上16下顺联巷密 闭内 CO浓度达 2 248 10 - 6, 由以上气体变化情况 和工作面断层分布情况, 初步判断是切眼内 3上F276 断层附近采空区浮煤出现了自燃现象。继续回采 3 . 4m将接露 3上F289断层, 该断层落差 13m, 工作面 需要跳面通过, 工作面临时停采, 进行跳面。跳面过 程中继续对后部采空区自然发火进行处理。到 10 月 9日, 发现工作面回风隅角、 回风流和九采三分区 回风北的密闭内 CO浓度都迅速增高, 由此判断在 上顺槽落差 5m的断层 3上F285附近采空区又出现自 燃隐患点。 2 自燃隐患分析 1 73上25工作面位于九采三分区北部, 该区 域矿山压力显现明显, 围岩原始温度高。局部地点 顶部煤岩体破碎, 在断层等地质构造附近, 甚至出现 粉末状煤体。由于煤体平均粒径越小其氧化放热性 越强, 自然发火期缩短。 2工作面接近风氧化线, 地质构造带复杂、 断 层多, 对生产的影响比较大。虽然过断层时采取了 适当刹刀, 减少煤炭损失的措施, 但断层附近煤岩层 松软破碎, 易冒落, 造成采空区留有大量浮煤; 特别 是落差大的断层附近, 对生产的影响较大, 采空区丢 煤也较多, 给采空区浮煤自燃发生提供了物质条件。 工作面回采经过断层附近时, 断层处煤体受地质构 造作用非常破碎, 浮煤丢入采空区后, 比其它区域浮 煤的自燃危险性大。 3工作面漏风通道复杂。由于该工作面掘进 时使用的九采区的运输系统, 回采之后用七采区的 运输系统, 造成该工作面后部联络巷道关系复杂, 回 采之前就建筑了 7道永久密闭。工作面推过一段距 离后后部的联络通道均与采空区沟通, 以上地点虽 已建筑密闭或充填, 但工作面推过之后, 受采动影响 局部地点密闭被压酥压裂, 形成向采空区的漏风通 道。加之工作面受断层影响, 工作面推过后两巷及 采空区后部跨落不充分, 工作面进回风之间的负压 对采空区深部的供风影响较大, 浮煤进入窒息带的 时间延长, 使自燃带的宽度增加, 增强了采空区发火 的危险性。 由于采空区后部漏风通道的存在, 致使 三带 的划分不确定。出现采空区自然发火隐患时, 工作 面前方是一个落差 13m 的大断层, 无法使用快速回 采的方法治理采空区发火隐患。为通过此断层, 必 ∀51∀ 技术经验 煤 矿 安 全 2008- 05 须进行跳面, 随着部分支架、 运输机的顺利撤出及小 工作面的推进, 工作面下顺槽向采空区漏风的压力 相对增大, 采空区漏风量增加, 加剧了采空区煤炭自 燃发火的发展。再加上封堵漏风的工作难以实施。 73上25上顺联络巷位于 - 537 m 大巷进风侧, 九采 三分区回风密闭位于回风侧, 两密闭距离较近, 风压 差较大, 形成漏风风流; 且由于 73上25工作面正下 方的 - 537 m大巷、 九采三分区皮带巷、 九采北部泄 水巷均布置在 3层煤中, 与回采煤层之间的夹矸只 有 10m左右, 在矿山压力的作用下, 使得这些巷道 存在不同程度的破坏, 产生裂隙与上部采空区沟通, 因此增加了封堵漏风工作的难度。 3 自燃防治技术措施 3 . 1 均压 1在保证工作面安全生产所需供风量的前提 下, 在七采西部回风施工一风障, 提高工作面回风巷 的通风压力, 减少采空区气体从回风隅角的涌出。 2将控制 - 537 m 大巷风量的通风设施移到 73上25上顺联络巷以上的进风侧, 降低 73上25上顺 联络巷密闭和九采三分区回风密闭之间的负压差, 从而达到降低漏风的目的。 3 . 2 封堵漏风 1工作面临时停采后, 立刻在工作面进、 回风 隅角施工煤垛墙, 并对其内部压注凝胶, 对进回风隅 角进行了封堵。有效减少了工作面向后部采空区的 漏风量, 并且改变了漏风风流的分布。 2分别在九采三分区回风北和 93上16下顺联 络巷重新建筑密闭 1道, 并对密闭周围及其表面喷 浆处理, 有效的封堵了采空区后部漏风通道。 3在 73上25上顺联络巷建筑板壁 1道, 距离 原密闭位置 0 . 5m, 对其内部压注罗克休进行充填, 并且使用罗克休材料对此密闭周围的裂隙进行了喷 涂, 有效隔绝漏风。 4重新封堵与采空区沟通的钻孔。泄水的钻 孔按设 U型管, 既保证其顺利泄水, 又保证其能封 堵漏风。 5对位于 73上25工作面切眼下方的九采三分 区胶带机尾巷道全断面进行喷浆, 特别是掘进切眼 时使用的溜煤眼下口前后, 重点进行了喷浆。保证 其能封堵漏风。 6工作面设备撤出后, 立刻在下顺槽建筑两 道板闭, 并对其内部压注罗克休, 形成罗克休材料的 密闭, 有效隔绝向采空区漏风。工作面下顺槽工作 结束后, 及时建筑规格为 1m 的永久密闭, 并对密闭 内压注凝胶。且在板闭与密闭之间预留注浆管路、 采空区预埋注浆管路, 工作面推过后利用预留管路 对采空区进行注浆、 两密闭之间压注固化粉煤灰进 行了充填。 3 . 3 注浆 1压注凝胶。使用矿井注浆管路系统对采空 区压注胶体泥浆, 如图 1所示。添加水玻璃和碳酸 氢钠的数量使用泥浆泵进行控制。 图 1 胶体泥浆注胶示意图 2压注粉煤灰复合胶体。在地面按 1 1的比 例配好粉煤灰和水的混合液, 通过注浆管道输送至 井下, 在九采三分区回风北用 ZM - 5/1 . 8D型井下 移动式灌注设备把胶凝剂按 11 000比例添加到管 路中, 再压注到采空区, 能够迅速使粉煤灰浆液全部 稠化成粉煤灰胶体, 并迅速堆积, 减少漏风。 3注粉煤灰浆液。利用粉煤灰注浆系统直接 将浆液通过 73上25上顺的埋管注入采空区。 3 . 4 压注 MEA高分子材料 在地面注浆站将按一定比例配置好的 MEA阻 化剂溶液通过矿井注浆管路系统压入采空区松散煤 体中, 充填煤体空隙, 胶结松散浮煤, 减少漏风。 3 . 5 注氮 南屯煤矿地面设置了 KMD- S- 600型固定式 氮气发生装置, 在无法实施注浆时, 利用进风顺槽铺 设的注浆管路, 向采空区注氮, 达到降低采空区氧气 浓度、 抑制采空区浮煤氧化的目的。 作者简介 李 伟 1966- , 男, 山东平阴人, 应用研究 员, 北京科技大学博士研究生, 现任兖州煤业股份有限公司 南屯煤矿矿长, 主要从事矿山生产与管理工作。 收稿日期 2008- 02- 29; 责任编辑 郭瑞年 ∀52∀ 煤 矿 安 全Total402 技术经验